JP2021519446A - 近赤外光及び可視光画像化を同時に行うためのシステム及び方法 - Google Patents

近赤外光及び可視光画像化を同時に行うためのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

本明細書では、試料の近赤外光画像化及び可視光画像化を同時に行うためのイメージングシステム及び方法であって、試料の蛍光画像及び試料の可視画像を形成する検出器；試料から蛍光を誘起する赤外光を放出するように構成された光源；及び試料に向けて赤外光を送り、試料の蛍光画像及び試料の可視光画像を検出器上に形成するように配置された複数の光学部品であって、影を減らすために、試料から受け取る蛍光と実質的に同軸に赤外光を試料に送る光学部品を含むイメージングシステム及び方法について開示している。【選択図】図５Ａ

Description

相互参照
本出願は、米国仮出願第６２／６５０，９７４号（２０１８年３月３０日に出願）及び米国仮出願第６２／６７９，６７１号（２０１８年６月１日に出願）の利益を主張する。なおこれらの文献は、その全体において参照により本明細書に組み込まれている。
蛍光は、細胞、ナノ粒子、小分子、及びペプチドなどの他の構造に標識付けされた蛍光分子を用いることも含めて、医用イメージングにおける臓器、臓器下部構造、組織、及び潜在的な細胞同定にとって有用であり得る。たとえば、蛍光色素は、可視（たとえば、青色、緑色、黄色、赤色）及び／または赤外線、紫外線、または近赤外線の波長で発光することができる。可視光蛍光は通常、肉眼で検出できるが、赤外線（ＩＲ）光及び近赤外線（ＮＩＲ）光を検出する場合には典型的に、視認するためにさらなる計装が必要となる。赤外線及び近赤外線は、医用イメージングにとって有用な波長範囲となり得る。赤外光、近赤外光、及び長波長の可視光の利点は、侵入深さが増すこと、著しい固有蛍光がないこと、血液（ヘモグロビン）または水分による吸収が小さいことに関係づけることができる。医療用途では、可視画像及び赤外線画像または近赤外線画像の両方を同時に画像化することができるイメージングシステムを有することが有用であり得る。その結果、外科医は、たとえば赤外フルオロフォアによって標識付けされた組織内で手術することができ、画像診断法を切り換える必要なく連続して行うことができる。
また、組織からの蛍光を画像化するためには、イメージングシステムは、たとえば組織に付着するかまたは吸収された蛍光色素から出る少量の蛍光に対して検出能力及び検出感度を有する必要がある。従来、赤外蛍光システムでは、赤外光を検出する高感度センサを用いる一方で、色素を励起するために従来のハロゲン光源を用いていた。このように従来の器具を用いてこのような赤外光源から画像を生成することは可能ではあるが、感度は理想的な値を下回る可能性がある。なぜならば、ハロゲン照明の効率が悪く、また励起波長の周辺の光源のエネルギーが低いために、赤外線画像の効率が悪くて最適ではないからである。レーザを用いることによって吸収を増加させ、その結果、赤外色素または近赤外色素の蛍光を増加させることが行われているが、生成された画像は、少なくともいくつかの状況では、理想的なものを下回る可能性がある。
本開示では、従来のシステムにおける問題の少なくとも一部を解決する、蛍光及び可視光画像化を行うためのシステム及び方法について説明する。本明細書で開示するシステム及び方法は、可視画像及び蛍光画像を生成して、感知できない遅延を用いてそれらを組み合わせることができるとともに、高い蛍光感度を実現し、手術ワークフローの中断を減らし、手術用顕微鏡の使いやすさを向上させることができる。本システム及び方法は、スタンドアロンのイメージング装置として用いることもできるし、手術用顕微鏡、体外視鏡、または外科ロボットなどの手術用器具と組み合わせて用いることもできる。いくつかの実施形態では、試料に励起光を送ることを、試料から受け取る蛍光と同軸で行う。その結果、影を減らすことができ、また蛍光マーカーによって標識付けされた組織を確実に適切に特定できることに役立つことができる。いくつかの実施形態では、可視光結像光学系の視認軸を励起光軸及び蛍光軸と同軸にして、光学系と画像化された組織との間を延びる距離の範囲にわたって行う蛍光画像及び可視画像の位置合わせを改善することができる。本システム及び方法は、アイピースに向けて可視光を伝送し、蛍光を検出器に向けて反射するビームスプリッタを含むことができ、可視光の一部は検出器に向けて反射されて、反射光による可視画像が生成される。反射可視光の量を透過光よりもはるかに小さくして、外科医などのユーザが接眼レンズを通して組織を容易に視認できるようにすると同時に、検出器によって可視光画像を生成していて、蛍光画像と組み合わせるようになっている。いくつかの実施形態では、励起光及び蛍光には波長が約６５０ｎｍよりも長い光が含まれていて、可視画像を生成するために用いる光と比べて組織内への侵入深さを増加させている。
いくつかの実施形態ではシステムは以下を含む。１つ以上の照明源（その１つ以上は、計装によって制御される可視光照明を伴うかまたは伴わない狭帯域レーザ（複数可）である）、標的を照明する光学部品のセット、生成された蛍光を集める光学部品のセット、レーザ照明光を除去するフィルタ、ならびに蛍光及び可視光を取り込む１つ以上のセンサ。
一態様では、本明細書で開示するのは、試料を画像化するためのイメージングシステムであって、試料の蛍光画像及び試料の可視画像を形成する検出器と、試料から蛍光を誘起する励起光を放出するように構成された光源と、試料に向けて励起光を送り、試料から蛍光及び可視光を受け取って、試料の蛍光画像及び試料の可視光画像を検出器上に形成するように配置された複数の光学部品であって、影を減らすために、試料から受け取る蛍光と実質的に同軸に、励起光を試料に送る、光学部品とを含むイメージングシステムである。いくつかの実施形態では、励起光は赤外光を含み、任意的に赤外光は近赤外光を含む。いくつかの実施形態では、複数の光学部品は、検出器に赤外光及び可視光を送るダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、検出器は複数の検出器を含み、任意的に可視画像はカラー画像を含む。いくつかの実施形態では、複数の検出器はカラー画像を生成する第１の検出器と赤外線画像を生成する第２の検出器とを含む。いくつかの実施形態では、本明細書のイメージングシステムはさらに、ＡＳＩＣまたはプロセッサを含み、ＡＳＩＣまたはプロセッサは、命令によって、試料の合成画像を生成するように構成され、合成画像は、試料からの可視画像がオーバーレイされた蛍光画像を含む。いくつかの実施形態では、光源は、レーザまたは狭帯域光源；レーザまたは狭帯域光源に結合された光ガイド；光ガイドの終わりにあるコリメーティングレンズ；レーザクリーンアップフィルタ；誘電体ミラー；ディフューザ；孔；またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は、７００ｎｍ〜８００ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、または７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、６５０ｎｍ〜４０００ｎｍ、または７００ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、波長は、７５０ｎｍ〜９５０ｎｍ、７６０ｎｍ８２５ｎｍ、７７５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９０ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９２ｎｍ、７９０ｎｍ〜７９５ｎｍ、または７８５ｎｍを含む。いくつかの実施形態では、コリメーティングレンズは、光ガイドからの透過光をコリメートすることによって、コリメートされた光を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、光ガイドは、光ファイバケーブル、液体または固体／プラスチック光ガイド、液体光ガイド、導波路、または任意の他の光ガイドであって、赤外光または近赤外光を伝送することができるものである。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは赤外光の帯域幅を減らすように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、赤外光を反射して、誘電体ミラーの入射光及び反射光の交角が約９０度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、赤外光を反射して、誘電体ミラーの入射光及び反射光の交角が約６０〜約１２０度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、ディフューザは、赤外光を１つ以上の計算された角度で拡散するように構成されている。いくつかの実施形態では、１つ以上の計算された角度は３０〜１５０度の範囲である。いくつかの実施形態では、孔は赤外光の少なくとも一部を通すように構成されている。赤外光による励起は、試料から収集される蛍光または可視光と実質的に同軸である先行する請求項のいずれか一項に記載のシステム。いくつかの実施形態では、孔は近赤外ミラー内にある。いくつかの実施形態では、孔の形状及びサイズは、顕微鏡の視野内で試料の均一分布照明ができるように設けられている。いくつかの実施形態では、複数の光学部品はダイクロイックショートパスビームスプリッタを含み、ダイクロイックショートパスビームスプリッタは、波長が最大で７００ｎｍで１つ以上の特定された入射角において効率が９０％〜９５％である光を通すように構成されている。いくつかの実施形態では、可視光は、顕微鏡、内視鏡、体外視鏡、外科ロボット、またはイメージングシステム外部の手術室照明から送られる。いくつかの実施形態では、複数の光学部品はさらに、二次のダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、本明細書のイメージングシステムはさらに、ダイクロイックロングパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、赤外光を赤外光路に沿って試料に送出し、試料から受け取る蛍光を蛍光光路に沿って受け取り、蛍光光路はビームスプリッタにおいて赤外光路と重なる。いくつかの実施形態では、赤外光路及び蛍光光路は実質的に同軸である。いくつかの実施形態では、実質的に同軸は、２つの光路の交角が２０度、１５度、１０度、５度、２度、または１度未満であることを含む。
別の態様では、本明細書で開示するのは、試料を画像化するための方法であって、試料から蛍光を誘起する赤外光または近赤外光を、光源によって放出することと、複数の光学部品によって、赤外光または近赤外光を試料に送ることと、複数の光学部品によって、試料からの蛍光を検出器において受け取ることであって、影を減らすために、試料から受け取る蛍光と実質的に同軸に、赤外光または近赤外光を試料に送る、受け取ることと、試料の蛍光画像及び試料の可視光画像を検出器上に形成することと、を含む方法である。いくつかの実施形態では、本明細書の方法は、本明細書で開示したイメージングシステムを用いることを含む。いくつかの実施形態では、試料は、臓器、臓器下部構造、組織、または細胞である。いくつかの実施形態では、臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化する方法は、本明細書のイメージングシステムによって臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、がんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を検出することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、被験者に外科手術を行うことを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、がんを処置することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、被験者のがんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を除去することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、外科的除去の後に被験者のがんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を画像化することを含む。いくつかの実施形態では、検出を蛍光イメージングを用いて行う。いくつかの実施形態では、蛍光イメージングは検出可能な薬剤を検出し、検出可能な薬剤は、色素、フルオロフォア、蛍光ビオチン化合物、発光化合物、または化学発光化合物を含む。
別の態様では、本明細書で開示するのは、必要とする被験者において処置または検出する方法であって、本方法は、コンパニオン診断、治療薬、またはイメージング剤を投与することを含み、コンパニオン診断またはイメージング剤は、本明細書で説明するシステム及び方法によって検出される。別の実施形態では、コンパニオン診断を投与する方法は、本明細書で説明するシステムを用いた種々の方法のいずれか１つを含む。別の実施形態では、診断またはイメージング剤は、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、イメージング剤、診断薬、タンパク質、ペプチド、または小分子を含む。別の実施形態では、システムには、Ｘ線撮影、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、フローサイトメトリー、医療写真、核医学機能イメージング技術、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、手術用器具、手術用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、または外科ロボットを含む放射線学または蛍光が組み込まれる。別の実施形態では、システム及び方法を用いて治療薬を検出するかまたは薬剤の安全性及び生理的効果を評価する。さらに他の実施形態では、システム及び方法によって検出される安全性及び生理的効果は、薬剤の生物学的利用能、取り込み、濃度、存在、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比、血液及び／または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化を評価することである。
別の実施形態では、本開示の方法は、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットと組み合わされるかまたはそれらに組み込まれ、これらは、ＫＩＮＥＶＯ ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットを含む。
別の態様では、本明細書で開示するのは、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットに組み合わされるかまたはそれらに組み込まれる本開示のシステムである。別の実施形態では、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットは、ＫＩＮＥＶＯ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤＣ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、ＬｅｉｃａＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットを含む。
本明細書で提供する別の態様は、試料を画像化するためのイメージングシステムであって、試料の蛍光画像を形成し試料の可視画像を形成するように構成された検出器と、試料から蛍光を誘起する励起光を放出するように構成された光源と、複数の光学部品であって、試料に向けて励起光を送り、試料からの蛍光及び可視光を検出器に向けて送るように配置された光学部品と、を含み、励起光及び蛍光は実質的に同軸に送られるイメージングシステムである。
いくつかの実施形態では、励起光は赤外光を含む。いくつかの実施形態では、赤外光は近赤外光を含む。いくつかの実施形態では、複数の光学部品は、検出器に赤外光及び可視光を送るダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、検出器は複数の検出器を含み、可視画像はカラー画像を含む。いくつかの実施形態では、複数の検出器はカラー画像を生成する第１の検出器と赤外線画像を生成する第２の検出器とを含む。いくつかの実施形態では、システムはさらに、レーザ、レーザまたは狭帯域光源に結合された光ガイド、光ガイドの終わりにあるコリメーティングレンズ、レーザクリーンアップフィルタ、誘電体ミラー、ディフューザ、孔、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、光源は、フルオロフォアに吸収される波長を放出する。いくつかの実施形態では、光源は狭帯域光源である。
いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は７００ｎｍ〜８００ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、７００ｎｍ〜９００ｎｍ、３４０ｎｍ〜４００ｎｍ、３６０〜４２０ｎｍ、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍ、または４００ｎｍ〜４５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は約３００ｎｍ〜約９００ｎｍである。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は、約３００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約６００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約７５０ｎｍ、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約７５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、または約８００ｎｍ〜約９００ｎｍである。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、約８００ｎｍ、または約９００ｎｍである。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は、少なくとも約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、または約８００ｎｍである。いくつかの実施形態では、狭帯域光源が生成する光の波長は、最大で約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約７５０ｎｍ、約８００ｎｍ、または約９００ｎｍである。
いくつかの実施形態では、狭帯域光源が放出する光は、ＮＩＲカメラによって見える周波数を有し、システムはさらに、光ガイドに結合されたレンズを含む。
いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、６５０ｎｍ〜４０００ｎｍ、７００ｎｍ〜３０００ｎｍ、または３４０ｎｍ〜４５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、７５０ｎｍ〜９５０ｎｍ、７６０ｎｍ８２５ｎｍ、７７５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９０ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９２ｎｍ、または７９０ｎｍ〜７９５である。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、約３００ｎｍ〜約１，０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、約３００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約５５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約６５０ｎｍ、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約６５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約８００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、または約９００ｎｍ〜約１，０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、または約１，０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、少なくとも約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、または約９００ｎｍである。いくつかの実施形態では、レーザが生成する光の波長は、最大で約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、または約１，０００ｎｍである。
いくつかの実施形態では、コリメーティングレンズは励起光、蛍光、及び可視光をコリメートするように構成されている。いくつかの実施形態では、光ガイドは、光ファイバケーブル、固体光ガイド、プラスチック光ガイド、液体光ガイド、導波路、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは励起光の帯域幅を減らすように構成されている。いくつかの実施形態では、光源は、広帯域光源、広帯域光源に結合された光ガイド、または両方を含む。いくつかの実施形態では、広帯域光源は、１つ以上のＬＥＤ、キセノンバルブ、ハロゲンバルブ、１つ以上のレーザ、太陽光、蛍光照明、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、広帯域光源は、可視波長、フルオロフォアに吸収される波長、または両方を放出する。いくつかの実施形態では、広帯域光源が放出する光は、ＮＩＲカメラによって見える周波数を有し、システムはさらに、光ガイドに結合されたレンズを含む。いくつかの実施形態では、システムは複数の光源が含まれ、システムはさらに、複数の光源を結合して単一の同軸経路にするために以下のうちの１つ以上を含む。ダイクロイックフィルタ；ダイクロイックミラー、シャッタ、またはそれらの任意の組み合わせを含む光減衰器；各光源におけるフィルタ；励起光の波長範囲に対するクリーンアップフィルタ；励起光の波長範囲に対するショートパスフィルタ；光ガイド；または照明光学部品。いくつかの実施形態では、システムはさらに、レーザクリーンアップフィルタ；ショートパス（ＳＰ）ミラー；ロングパス（ＬＰ）ミラー；誘電体ミラー；ディフューザ；孔；またはそれらの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が約６０度〜約１２０度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が約６０度〜約７５度、約６０度〜約８０度、約６０度〜約８５度、約６０度〜約９０度、約６０度〜約９５度、約６０度〜約１００度、約６０度〜約１０５度、約６０度〜約１１０度、約６０度〜約１１５度、約６０度〜約１２０度、約７５度〜約８０度、約７５度〜約８５度、約７５度〜約９０度、約７５度〜約９５度、約７５度〜約１００度、約７５度〜約１０５度、約７５度〜約１１０度、約７５度〜約１１５度、約７５度〜約１２０度、約８０度〜約８５度、約８０度〜約９０度、約８０度〜約９５度、約８０度〜約１００度、約８０度〜約１０５度、約８０度〜約１１０度、約８０度〜約１１５度、約８０度〜約１２０度、約８５度〜約９０度、約８５度〜約９５度、約８５度〜約１００度、約８５度〜約１０５度、約８５度〜約１１０度、約８５度〜約１１５度、約８５度〜約１２０度、約９０度〜約９５度、約９０度〜約１００度、約９０度〜約１０５度、約９０度〜約１１０度、約９０度〜約１１５度、約９０度〜約１２０度、約９５度〜約１００度、約９５度〜約１０５度、約９５度〜約１１０度、約９５度〜約１１５度、約９５度〜約１２０度、約１００度〜約１０５度、約１００度〜約１１０度、約１００度〜約１１５度、約１００度〜約１２０度、約１０５度〜約１１０度、約１０５度〜約１１５度、約１０５度〜約１２０度、約１１０度〜約１１５度、約１１０度〜約１２０度、または約１１５度〜約１２０度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が約６０度、約７５度、約８０度、約８５度、約９０度、約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、約１１５度、または約１２０度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が少なくとも約６０度、約７５度、約８０度、約８５度、約９０度、約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、または約１１５度となるように構成されている。いくつかの実施形態では、誘電体ミラーは、励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が最大で約７５度、約８０度、約８５度、約９０度、約９５度、約１００度、約１０５度、約１１０度、約１１５度、または約１２０度となるように構成されている。
いくつかの実施形態では、ディフューザは励起光を拡散するように構成されている。いくつかの実施形態では、孔は励起光の少なくとも一部を通すように構成されている。いくつかの実施形態では、孔は近赤外ミラー内にある。いくつかの実施形態では、孔には形状及びサイズがあり、孔の形状及び孔のサイズの少なくとも一方は、顕微鏡の視野内で試料の均一分布照明ができるように構成されている。いくつかの実施形態では、励起光は青色光または紫外光を含む。
いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が１０ｎｍ〜約４６０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約４６０ｎｍの光を含む。いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの光を含む。いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍの光を含む。いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が約１０ｎｍ、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、または約５００ｎｍの光を含む。いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が少なくとも約１０ｎｍ、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、または約４５０ｎｍの光を含む。いくつかの実施形態では、青色光または紫外光は、波長が最大で約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１５０ｎｍ、約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、または約５００ｎｍの光を含む。
いくつかの実施形態では、複数の光学部品はダイクロイックショートパスビームスプリッタを含み、ダイクロイックショートパスビームスプリッタは、波長が最大で７００ｎｍで１つ以上の特定された入射角度において効率が９０％〜９５％である光を通すように構成されている。
いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は３０〜１５０度の範囲内にある。いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は約３０度〜約１５０度である。いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は、約３０度〜約４０度、約３０度〜約５０度、約３０度〜約６０度、約３０度〜約７０度、約３０度〜約８０度、約３０度〜約９０度、約３０度〜約１００度、約３０度〜約１１０度、約３０度〜約１２０度、約３０度〜約１３０度、約３０度〜約１５０度、約４０度〜約５０度、約４０度〜約６０度、約４０度〜約７０度、約４０度〜約８０度、約４０度〜約９０度、約４０度〜約１００度、約４０度〜約１１０度、約４０度〜約１２０度、約４０度〜約１３０度、約４０度〜約１５０度、約５０度〜約６０度、約５０度〜約７０度、約５０度〜約８０度、約５０度〜約９０度、約５０度〜約１００度、約５０度〜約１１０度、約５０度〜約１２０度、約５０度〜約１３０度、約５０度〜約１５０度、約６０度〜約７０度、約６０度〜約８０度、約６０度〜約９０度、約６０度〜約１００度、約６０度〜約１１０度、約６０度〜約１２０度、約６０度〜約１３０度、約６０度〜約１５０度、約７０度〜約８０度、約７０度〜約９０度、約７０度〜約１００度、約７０度〜約１１０度、約７０度〜約１２０度、約７０度〜約１３０度、約７０度〜約１５０度、約８０度〜約９０度、約８０度〜約１００度、約８０度〜約１１０度、約８０度〜約１２０度、約８０度〜約１３０度、約８０度〜約１５０度、約９０度〜約１００度、約９０度〜約１１０度、約９０度〜約１２０度、約９０度〜約１３０度、約９０度〜約１５０度、約１００度〜約１１０度、約１００度〜約１２０度、約１００度〜約１３０度、約１００度〜約１５０度、約１１０度〜約１２０度、約１１０度〜約１３０度、約１１０度〜約１５０度、約１２０度〜約１３０度、約１２０度〜約１５０度、または約１３０度〜約１５０度である。いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は、約３０度、約４０度、約５０度、約６０度、約７０度、約８０度、約９０度、約１００度、約１１０度、約１２０度、約１３０度、または約１５０度である。いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は、少なくとも約３０度、約４０度、約５０度、約６０度、約７０度、約８０度、約９０度、約１００度、約１１０度、約１２０度、または約１３０度である。いくつかの実施形態では、１つ以上の特定の角度は、最大で約４０度、約５０度、約６０度、約７０度、約８０度、約９０度、約１００度、約１１０度、約１２０度、約１３０度、または約１５０度である。
いくつかの実施形態では、可視光は、顕微鏡、内視鏡、体外視鏡、外科ロボット、またはイメージングシステム外部の手術室照明から送られる。いくつかの実施形態では、システムはさらに、イメージングヘッドを顕微鏡上に確実にロックするように構成されたロッキングキーを含む。いくつかの実施形態では、複数の光学部品はさらに、二次のダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、システムはさらに、ダイクロイックロングパスビームスプリッタを含む。いくつかの実施形態では、励起光及び蛍光はビームスプリッタにおいて実質的に重なる。いくつかの実施形態では、実質的に同軸は、２つの光路の交角が２０度、１５度、１０度、５度、２度、または１度未満であることを含む。いくつかの実施形態では、システムはさらに、検出器、光源、及び複数の光学部品のうちの１つ、２つ、またはそれ以上からの周辺光を遮るように構成された物理減衰器を含む。いくつかの実施形態では、物理減衰器は、シールド、フード、スリーブ、光シュラウド、またはバッフルを含む。いくつかの実施形態では、システムはさらに、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプロセッサが含まれ、ＡＳＩＣ及びプロセッサのうちの少なくとも一方は、命令によって、試料の合成画像を生成するように構成され、合成画像は、可視画像がオーバーレイされた蛍光画像を含む。
本明細書で提供する別の態様は、試料を画像化するための方法であって、試料から蛍光を誘起する赤外光または近赤外光を、光源によって放出することと、複数の光学部品によって、赤外光または近赤外光を試料に送ることと、複数の光学部品によって、試料からの蛍光を検出器において受け取ることであって、影を減らすために、試料から受け取る蛍光と実質的に同軸に、赤外光または近赤外光を試料に送る、受け取ることと、試料の蛍光画像及び試料の可視光画像を検出器上に形成することと、を含む方法である。いくつかの実施形態では、本方法は本明細書のシステムを用いて行われる。いくつかの実施形態では、試料は、臓器、臓器下部構造、組織、または細胞である。
本明細書で提供する別の態様は、臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化する方法であって、本明細書のシステムによって臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化することを含む方法である。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、がんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を検出することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、被験者に外科手術を行うことを含む。いくつかの実施形態では、外科手術は、被験者のがんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を除去することを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、外科的除去の後に被験者のがんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を画像化することを含む。いくつかの実施形態では、画像化または検出を、蛍光イメージングを用いて行う。いくつかの実施形態では、蛍光イメージングは検出可能な薬剤を検出し、検出可能な薬剤は、色素、フルオロフォア、蛍光ビオチン化合物、発光化合物、または化学発光化合物を含む。いくつかの実施形態では、検出可能な薬剤は約２００ｍｍ〜約９００ｍｍの波長を吸収する。いくつかの実施形態では、検出可能な薬剤は、ＤｙＬｉｇｈｔ−６８０、ＤｙＬｉｇｈｔ−７５０、ＶｉｖｏＴａｇ−７５０、ＤｙＬｉｇｈｔ−８００、ＩＲＤｙｅ−８００、ＶｉｖｏＴａｇ−６８０、Ｃｙ５．５、またはインドシアニングリーン（ＩＣＧ）及び前述のものの任意の誘導体；フルオレセイン及びフルオレセイン色素（たとえば、フルオレセインイソチオシアネートまたはＦＩＴＣ、ナフトフルオレセイン、４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシフルオレセイン、６−カルボキシフルオレスセインまたはＦＡＭなど）、カルボシアニン、メロシアニン、スチリル色素、オキソノール色素、フィリコエリトリン、エリトロシン、エオシン、ローダミン色素（たとえば、カルボキシテトラメチルローダミンまたはＴＡＭＲＡ、カルボキシローダミン６Ｇ、カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、リサミンローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミングリーン、ローダミンレッド、テトラメチルローダミン（ＴＭＲ）など）、クマリン及びクマリン色素（たとえば、メトキシクマリン、ジアルキルアミノクマリン、ヒドロキシクマリン、アミノメチルクマリン（ＡＭＣＡ）など）、オレゴングリーン色素（たとえば、オレゴングリーン４８８、オレゴングリーン５００、オレゴングリーン５１４など）、テキサスレッド、テキサスレッド−Ｘ、スペクトラムレッド、スペクトラムグリーン、シアニン色素（たとえば、ＣＹ−３、Ｃｙ−５、ＣＹ−３．５、ＣＹ−５．５など）、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ色素（たとえば、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ３５０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ４８８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５３２、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５４６、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５６８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５９４、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６３３、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６６０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６８０など）、ＢＯＤＩＰＹ色素（たとえば、ＢＯＤＩＰＹＦＬ、ＢＯＤＩＰＹ Ｒ６Ｇ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＭＲ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＲ、ＢＯＤＩＰＹ５３０／５５０、ＢＯＤＩＰＹ５５８／５６８、ＢＯＤＩＰＹ５６４／５７０、ＢＯＤＩＰＹ５７６／５８９、ＢＯＤＩＰＹ５８１／５９１、ＢＯＤＩＰＹ６３０／６５０、ＢＯＤＩＰＹ６５０／６６５など）、ＩＲＤｙｅ（たとえば、ＩＲＤ４０、ＩＲＤ７００、ＩＲＤ８００など）、７−アミノクマリン、ジアルキルアミノクマリン反応染料、６，８−ジフルオロ−７−ヒドロキシクマリンフルオロフォア、ヒドロキシクマリン誘導体、アルコキシクマリン誘導体、スクシンイミジルエステル、ピレンスクシンイミジルエステル、ピリジルオキサゾール誘導体、アミノナフタレン系色素、ダンシルクロリド、ダポキシル色素、ダポキシルスルホニルクロリド、アミン−反応性ダポキシルスクシンイミジルエステル、カルボン酸−反応性ダポキシル（２−アミノエチル）スルホンアミド）、ビマン色素、ビマンメルカプト酢酸、ＮＢＤ色素、ＱｓＹ３５、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、がんを処置することを含む。
本明細書で提供する別の態様は、コンパニオン診断薬、治療薬、またはコンパニオンイメージング剤のうちの少なくとも１つを投与することと、本明細書のシステムによって少なくとも１つのこのような薬剤を検出することと、を含む処置または診断検出する方法である。
本明細書で提供する別の態様は、コンパニオン診断薬、治療薬、またはコンパニオンイメージング剤のうちの少なくとも１つを投与することと、本明細書の方法によって少なくとも１つのこのような薬剤を検出することと、を含む処置または診断検出する方法である。いくつかの実施形態では、薬剤の少なくとも１つは、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、治療薬、タンパク質、ペプチド、小分子、またはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、システムまたは方法は、Ｘ線撮影、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、フローサイトメトリー、医療写真、核医学機能イメージング技術、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、外科ロボット、手術用器具、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を用いた放射線学または蛍光をさらに含む。いくつかの実施形態では、システムまたは方法はさらに、１つ以上の顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、外科ロボット、手術用器具、またはそれらの任意の組み合わせを用いて蛍光を測定することを含む。いくつかの実施形態では、顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、手術用器具、内視鏡、または外科ロボットのうちの少なくとも１つは、ＫＩＮＥＶＯ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットまたはそれらの任意の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、治療薬を検出、画像化、または評価すること；コンパニオン診断薬の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；治療薬の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；コンパニオンイメージング剤の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；またはそれらの任意の組み合わせを行うように構成されている。いくつかの実施形態では、薬剤の安全性または生理的効果は、生物学的利用能、取り込み、濃度、存在、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比、血液または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化、またはそれらの任意の組み合わせである。
本明細書で提供する別の態様は、必要とする被験者において処置または検出する方法であって、コンパニオン診断薬、治療薬またはイメージング剤を投与することを含み、このような薬剤は、本明細書のシステムまたは方法によって検出される方法である。いくつかの実施形態では、薬剤は、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、治療薬、イメージング剤、診断薬、タンパク質、ペプチド、または小分子を含む。いくつかの実施形態では、システムまたは方法にはさらに、Ｘ線撮影、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、フローサイトメトリー、医療写真、核医学機能イメージング技術、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、手術用器具、手術用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、または外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む放射線学または蛍光が組み込まれる。いくつかの実施形態では、システム及び方法を用いて、治療薬を検出すること、または薬剤の安全性または生理的効果を評価すること、または両方を行う。いくつかの実施形態では、薬剤の安全性または生理的効果は、生物学的利用能、取り込み、濃度、存在、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比、血液または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化、またはそれらの任意の組み合わせである。いくつかの実施形態では、本方法は、ＫＩＮＥＶＯ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットと組み合わされるかまたはそれらに組み込まれる。いくつかの実施形態では、本明細書のシステムは、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボット、またはそれらの組み合わせと組み合わされるかまたはそれらに組み込まれる。いくつかの実施形態では、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットは、ＫＩＮＥＶＯ ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む。
特許または出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面（複数可）を伴うこの特許または特許出願公開のコピーは、要求して必要な料金を支払えば特許庁から入手できる。例示的な実施形態を述べる以下の詳細な説明と添付図面とを参照することにより、本主題の特徴及び利点がより良好に理解される。
いくつかの実施形態により手術用顕微鏡を用いた本明細書における赤外（ＩＲ）または近赤外（ＮＩＲ）蛍光及び可視光を同時に取得するためのイメージングシステム及び方法の典型的な実施形態を示す図である。 いくつかの実施形態によりイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織内を蛍光及び可視画像化する典型的な合成画像を示す図である。 いくつかの実施形態によりダイクロイックフィルタの典型的な実施形態を示す図である。 いくつかの実施形態により非同軸照明及び画像化を有する典型的なイメージングシステムの回路図を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができるイメージングシステム及び方法の典型的な実施形態の図であり、この場合、手術用顕微鏡に取り付けることができる２カメラシステムの図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第１の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第２の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第３の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第４の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第５の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる第３の典型的な単一カメライメージングシステムの説明を示す図である。 本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取り込まれた典型的な画像を示す図である。 いくつかの実施形態により、ダイクロイックフィルタ（複数可）の厚さに起因する影補正の典型的な画像を示す図である。 図７Ｃの高倍率画像を示す図である。 いくつかの実施形態による励起光の典型的なイメージングシステム及び経路を示す図である。 図８Ａの高倍率画像を示す図である。 赤外蛍光画像、近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像、及び周辺光（暗視野）画像を収集するためのフレームキャプチャ及びレーザオン／オフトリガリングの典型的なタイミング図を示す図である。 いくつかの実施形態により、生体外組織内の蛍光及び可視光画像化の典型的な画像を示す図であり、近赤外（ＮＩＲ）画像は疑似カラーを有し、可視光は黒色に変えられている図である。 いくつかの実施形態により、生体外組織内の蛍光及び可視光画像化の典型的な画像を示す図であり、近赤外（ＮＩＲ）画像は疑似カラーを有し、可視光は白色に変えられている図である。 いくつかの実施形態により、生体外組織内の蛍光及び可視光画像化の典型的な画像を示す図であり、近赤外（ＮＩＲ）画像は疑似カラーを有し、可視光は赤色に変えられている図である。 いくつかの実施形態により、イメージングヘッドに対するロック及びキーの典型的な画像を示す図である。 いくつかの実施形態により、近赤外（ＮＩＲ）蛍光及び可視光を同時に取得するための手術用顕微鏡に取り付けることができる２カメライメージングシステムの典型的な説明を示す図であり、この場合、の図である。 いくつかの実施形態により、画像システムを用いる方法ステップの典型的な概略図を示す図である。 いくつかの実施形態により、デジタル処理デバイスの非限定的な概略図を示す図であり、この場合、１つ以上のＣＰＵ、メモリ、通信インターフェース、及びディスプレイを伴うデバイスの図である。 図１５Ａは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第１の典型的な可視画像を示す図である。図１５Ｂは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第１の典型的なＮＩＲ蛍光画像を示す図である。図１５Ｃは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第１の典型的な複合可視画像及び蛍光画像を示す図である。図１５Ｄは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第２の典型的な可視画像を示す図である。図１５Ｅは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第２の典型的なＮＩＲ蛍光画像を示す図である。図１５Ｆは、いくつかの実施形態により、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて取得された組織試料の第２の典型的な複合可視画像及び蛍光画像を示す図である。 いくつかの実施形態により、赤外または近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像及び可視光画像の両方を同時に取得することができる典型的なダブルカメライメージングシステムの説明を示す図である。 コンピューティング装置の非限定的な例を示す図であり、この場合、１つ以上のプロセッサ、メモリ、記憶装置、及びネットワークインターフェースを伴うデバイスの図である。
可視光、赤外光、及び近赤外光を生成するための従来のシステムの中には、赤外線信号などの蛍光信号の測定ができる利用可能なシステムよりも、可視光線に対する制御が厳密である必要があるものがある。しかし、場合によっては、可視光線に対する完全制御または部分制御は、たとえば外科医が組織を視認するニーズに合わせて光を調整する手術スイートまたは他の領域では、容易に利用することもできず理想的でもなく、蛍光信号を測定するための理想的なものを下回る可能性がある。さらに、外科用顕微鏡を用いて外科手術を行う状況では、外科組織からの蛍光信号を画像化するために顕微鏡の位置を変えることによって照明を制御し、そして、蛍光イメージングが完了したときにその当初の位置に戻して動作を再開することができる。また、ハロゲンランプなどの供給源を用いた場合、フルオロフォアによる励起光の吸収は最適以下であるため、このようなシステムでは、知覚できるわずかな遅れ（たとえば、約１００ｍｓ以下）も伴うことなくリアルタイムまたはビデオレートで同時記録を実現することはできない。さらに、可視画像化及び赤外画像化または近赤外線画像化に対する従来のシステムでは、外科技術を乱す可能性がある。たとえば、外科医は、蛍光を測定するときに顕微鏡を従来の方法（たとえば、アイピースを通して視認する）で用いることができない場合がある。従来のシステムに起こる得る問題の１つは、蛍光刺激または放出波長と手術用顕微鏡の可視波長との視角が、理想的に定めたものよりも小さくなる可能性があり、その結果、理想的な光信号及び画像位置合わせを下回るために、画像が最適以下、不明瞭、または不十分なものになる可能性がある。また、従来のシステムの中には蛍光信号が「盲点」を示す可能性があり、組織が目に見えて蛍光を放出することをせずに正常で非ガン性であるように見え、その結果、少なくともいくつかの状況において外科手術中に重要なガン組織を特定することができない可能性がある。
以上を考慮すれば、従来のシステムの前述した不利な点のうち少なくとも一部を打開するシステム及び方法が求められている。理想的には、このようなシステム及び方法であれば、手術用顕微鏡を用いたときに、蛍光及び可視画像化が共に、たとえば同時に得られる。また、蛍光及び可視画像を見るために手術用顕微鏡の位置を変えるようなことには頼らず、手術及び／または病理検査中に蛍光イメージングシステムとともに外科領域の画像化が得られるシステムが求められている。
本明細書で開示するシステム及び方法は、ワークフローにおける中断を最小限に抑えて多くのタイプの外科的及び他の手順と組み合わせることにとても適している。たとえば、本開示の方法及び装置は、手術ワークフローを改善するために、従来の手術用顕微鏡、及び他のイメージング装置（たとえば、カメラ、モニタ、体外視鏡、外科ロボット、内視鏡）とともに組み込むことにとても適している。いくつかの実施形態では、本明細書で開示するシステム及び方法は、可視光及び赤外蛍光を同時に取り込むことができるとともに、スタンドアロンで用いることも（たとえば、オープンフィールドまたは内視鏡）、手術用顕微鏡などの手術用器具に対するアタッチメントとして用いることもできる。たとえば、本明細書で開示する方法及び装置は、当業者に知られている市販の手術用顕微鏡（Ｚｅｉｓｓ、Ｌｅｉｃａ、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ、及びＨａａｇ−Ｓｔｒｅｉｇｈｔ、ならびにそれらの各関連会社などの企業及び供給元から市販されているもの）と組み合わせること及びそれらに組み込むことにとても適している。本方法及び装置は、当業者に知られている市販の外科ロボットシステム及び内視鏡（たとえば、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ及びその関連会社から市販されているものなど）と組み合わせることができる。
イメージングシステム
本明細書では、フルオロフォア放出を検出するためのイメージングシステム及び方法が提供される。イメージングシステムは、検出器、光源、及び複数の光学部品を含むことができる。検出器は、試料の蛍光画像を形成すること、試料の可視画像を形成すること、または両方を行うように構成することができる。光源は励起光を放出するように構成することができる。励起光は試料の蛍光を誘起することができる。複数の光学部品は、試料に向けて励起光を送ること、試料からの蛍光及び可視光を検出器に向けて送ること、または両方を行うように配置することができる。励起光及び蛍光は実質的に同軸に送ることができる。
フルオロフォアは、本明細書で説明するように別の部分に接合または融合することができ、特定の臓器、臓器内の下部構造、組織、標的、または細胞を目指し、標的にし、移動し、保持され、蓄積し、及び／または結合し、または送られるように用いることができ、また本明細書のシステム及び方法とともに用いることができる。フルオロフォア放出には、赤外線、近赤外線、青色または紫外線発光を含めることができる。
いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１０ｎｍ〜約２００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約７５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約７５ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約１００ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約１２５ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１５０ｎｍ〜約２００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１５０ｎｍ、または約２００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が少なくとも約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、または約１５０ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が最大で約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１５０ｎｍ、または約２００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法はフルオロフォア放出を検出する。フルオロフォア放出には紫外線発光を含めることができる。紫外線発光の波長は１０ｎｍ〜４００ｎｍ、最大で４５０ｎｍまたは４６０ｎｍ（青色光スペクトル内）であり、本明細書で開示する範囲の吸収波長を伴うフルオロフォアを含み、１０〜２０ｎｍ、２０〜３０ｎｍ、３０〜４０ｎｍ、４０〜５０ｎｍ、５０〜６０ｎｍ、６０〜７０ｎｍ、７０〜８０ｎｍ、８０〜９０ｎｍ、９０〜１００ｎｍ、１００〜１１０ｎｍ、１１０〜１２０ｎｍ、１２０〜１３０ｎｍ、１３０〜１４０ｎｍ、１４０〜１５０ｎｍ、１５０〜１６０ｎｍ、１６０〜１７０ｎｍ、１７０〜１８０ｎｍ、１８０〜１９０ｎｍ、１９０〜２００ｎｍ、２００〜２１０ｎｍ、２１０〜２２０ｎｍ、２２０〜２３０ｎｍ、２３０〜２４０ｎｍ、２４０〜２５０ｎｍ、２５０〜２６０ｎｍ、２６０〜２７０ｎｍ、２７０〜２８０ｎｍ、２８０〜２９０ｎｍ、２９０〜３００ｎｍ、３００〜３１０ｎｍ、３１０〜３２０ｎｍ、３２０〜３３０ｎｍ、３３０〜３４０ｎｍ、３４０〜３５０ｎｍ、３５０〜３６０ｎｍ、３６０〜３７０ｎｍ、３７０〜３８０ｎｍ、３８０〜３９０ｎｍ、３９０〜４００ｎｍ、４００〜４１０ｎｍ、４１０〜４２０ｎｍ、４２０〜４３０ｎｍ、４３０〜４４０ｎｍ、４４０〜４５０ｎｍ、４５０〜４６０ｎｍ、３００〜３５０ｎｍ、３２５〜３７５ｎｍ、３５０〜４００ｎｍ、４００〜４５０ｎｍ、波長範囲として３４０ｎｍ〜４００ｎｍ、３６０〜４２０ｎｍ、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍ、４００ｎｍ〜４５０ｎｍ、４００ｎｍ〜４６０ｎｍ、またはこれらの範囲のいずれか内の任意の波長を含むことができる。
いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約２００ｎｍ〜約１，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約２００ｎｍ〜約２５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約６００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約７００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約９００ｎｍ、約４５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約６００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約７００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、約８００ｎｍ〜約９００ｎｍ、約８００ｎｍ〜約１，０００ｎｍ、または約９００ｎｍ〜約１，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、または約１，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が少なくとも約２００ｎｍ、約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、または約９００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が最大で約２５０ｎｍ、約３００ｎｍ、約３５０ｎｍ、約４００ｎｍ、約４５０ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、または約１，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。
いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１，０００ｎｍ〜約４，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１，０００ｎｍ〜約１，２５０ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約１，５００ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約１，７５０ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約２，２５０ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約１，０００ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約１，５００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約１，７５０ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約２，２５０ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約１，７５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約２，２５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約１，５００ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約２，２５０ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約２，２５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約２，０００ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約２，５００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約２，５００ｎｍ〜約２，７５０ｎｍ、約２，５００ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約２，５００ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約２，５００ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約２，５００ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ〜約３，０００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約２，７５０ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約３，０００ｎｍ〜約３，２５０ｎｍ、約３，０００ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約３，０００ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、約３，２５０ｎｍ〜約３，５００ｎｍ、約３，２５０ｎｍ〜約４，０００ｎｍ、または約３，５００ｎｍ〜約４，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が約１，０００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ、約２，５００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ、約３，０００ｎｍ、約３，２５０ｎｍ、約３，５００ｎｍ、または約４，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が少なくとも約１，０００ｎｍ、約１，２５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ、約２，５００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ、約３，０００ｎｍ、約３，２５０ｎｍ、または約３，５００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは、吸収波長が最大で約１，２５０ｎｍ、約１，５００ｎｍ、約１，７５０ｎｍ、約２，０００ｎｍ、約２，２５０ｎｍ、約２，５００ｎｍ、約２，７５０ｎｍ、約３，０００ｎｍ、約３，２５０ｎｍ、約３，５００ｎｍ、または約４，０００ｎｍのフルオロフォアを検出するように構成されている。
図１Ａを参照して、特定の実施形態では、本明細書のイメージングシステム１００は、組織１０５から出る蛍光信号及び可視光を同時に画像化するための顕微鏡１０１（たとえば、外科用顕微鏡）とともに用いる。この実施形態では、組織から出る蛍光発光の照明軸１０３はイメージング軸１０４と同軸である。言い換えれば、励起源の光は、イメージングシステム１００及び／または手術用顕微鏡１０１のイメージング軸と同軸である。この実施形態では、顕微鏡はイメージングシステムに可視光を送るための可視光源１０１ａを含む。
図１Ｂに示すのは、本明細書のイメージングシステム及び方法を用いて生成した典型的な画像である。この特定の実施形態では、蛍光組織１０２は画像ディスプレイ１０７の視野の中心付近にある。この実施形態では、蛍光画像は可視画像に重ね合わせられ、重ね合わせられた合成画像が外部モニタに表示されている。画像を処理して組み合わせて表示するために、デジタル処理デバイスまたはプロセッサを用いている。いくつかの実施形態では、外科医は顕微鏡を用いてこのような可視画像及び蛍光画像を直接視認することができる。いくつかの実施形態では、外科医は、手術室内のヘッドアップディスプレイまたは画像を表示することができる他の任意のデバイスからこのような画像を視認することができる。
イメージングシステムは光源及び１つ以上の光ガイドを含むことができる。光源及び１つ以上の光ガイドは、エッジから生じる回折を減らして、励起光、照明光、または両方によるＮＩＲセンサのフラッディングを減らすために、配置することができる。光源及び可視光ガイドの典型的な配置を、図４、図５Ａ〜図５Ｃ図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｂ、図７Ａ、及び図１６に示す。
イメージングシステムは光源及びイメージングシステムを含むことができる。いくつかの実施形態では、図５Ｃに示すように、光源はイメージングシステム１００の内部に配置されている。いくつかの実施形態では、光源はイメージングシステムに隣接している。いくつかの実施形態では、光源はイメージングシステムのすぐそばに配置されている。いくつかの実施形態では、光源はイメージングシステムから約１０ｍｍ以内に配置されている。
特定の実施形態における図４、図５Ａ〜図５Ｃ、図６Ａ〜図６Ｂ、図７Ａ、及び図１６を参照して、光源１２は励起光ビームを生成し、励起光ビームの波長は、本明細書で説明するように、紫外線、青色、可視、赤色、赤外線、またはＮＩＲの範囲とすることができる。この実施形態では、光源１２を光ファイバ１３に結合することができる。代替的に、光源をミラーなどの自由空間光学部品を用いて直接結合することができる。光ファイバ１３から出た光を次に、コリメータレンズ１７を用いてコリメートすることができる。いくつかの実施形態では、レーザスペクトル特性はフルオロフォアのピーク吸収値に対応する。
コリメーション後に、光をクリーニングして、そのスペクトル帯域幅をレーザクリーンアップフィルタ１６などのバンドパスフィルタを用いて狭くすることができる。レーザクリーンアップフィルタ１６を、励起光スペクトルがノッチフィルタにおいて狭くなるように構成することができる。ノッチフィルタを、標的から反射された励起源光を遮るために用いることができる。励起ビームと試料から放出された蛍光ビームとの間のクロストークを抑制するために、レーザクリーンアップフィルタ１６の半値幅をノッチフィルタの半値幅よりも狭くすることができる。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタ及びノッチフィルタの両方によってスペクトル帯域幅が決定される。たとえば、励起源及び特定のクリーンアップフィルタのスペクトルを、クリーンアップフィルタを通して放出された励起ビームのスペクトル幅が、幅ノッチフィルタを通して放出された励起ビームのスペクトル幅よりも狭くなるように構成することができる。本明細書で開示したノッチフィルタのスペクトル幅を、フィルタを透過したビームの半値幅寸法とすることができる。クリーンアップフィルタは、使用する励起波長及びフルオロフォアに応じて、本明細書で説明したようなバンドパスを有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、使用する励起波長及びフルオロフォアに応じて、クリーンアップフィルタのバンドパスは１５ｎｍである（２５ｎｍにおいて＞４ＯＤの阻止）。いくつかの実施形態では、レーザエネルギーは５ｎｍの範囲のスペクトル帯域幅であり、残りのエネルギーは最大で１５ｎｍ（これに限定されない）のより幅の広いスペクトル領域である。
いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を約１％〜約９０％だけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、約１％〜約２％、約１％〜約５％、約１％〜約１０％、約１％〜約２０％、約１％〜約３０％、約１％〜約４０％、約１％〜約５０％、約１％〜約６０％、約１％〜約７０％、約１％〜約８０％、約１％〜約９０％、約２％〜約５％、約２％〜約１０％、約２％〜約２０％、約２％〜約３０％、約２％〜約４０％、約２％〜約５０％、約２％〜約６０％、約２％〜約７０％、約２％〜約８０％、約２％〜約９０％、約５％〜約１０％、約５％〜約２０％、約５％〜約３０％、約５％〜約４０％、約５％〜約５０％、約５％〜約６０％、約５％〜約７０％、約５％〜約８０％、約５％〜約９０％、約１０％〜約２０％、約１０％〜約３０％、約１０％〜約４０％、約１０％〜約５０％、約１０％〜約６０％、約１０％〜約７０％、約１０％〜約８０％、約１０％〜約９０％、約２０％〜約３０％、約２０％〜約４０％、約２０％〜約５０％、約２０％〜約６０％、約２０％〜約７０％、約２０％〜約８０％、約２０％〜約９０％、約３０％〜約４０％、約３０％〜約５０％、約３０％〜約６０％、約３０％〜約７０％、約３０％〜約８０％、約３０％〜約９０％、約４０％〜約５０％、約４０％〜約６０％、約４０％〜約７０％、約４０％〜約８０％、約４０％〜約９０％、約５０％〜約６０％、約５０％〜約７０％、約５０％〜約８０％、約５０％〜約９０％、約６０％〜約７０％、約６０％〜約８０％、約６０％〜約９０％、約７０％〜約８０％、約７０％〜約９０％、または約８０％〜約９０％だけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、約１％、約２％、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または約９０％だけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、少なくとも約１％、約２％、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、または約８０％だけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、最大で約２％、約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または約９０％だけ狭くする。
いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、約１ｎｍ〜約１００ｎｍだけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、約１ｎｍ〜約２ｎｍ、約１ｎｍ〜約５ｎｍ、約１ｎｍ〜約１０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１ｎｍ〜約６０ｎｍ、約１ｎｍ〜約７０ｎｍ、約１ｎｍ〜約８０ｎｍ、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２ｎｍ〜約５ｎｍ、約２ｎｍ〜約１０ｎｍ、約２ｎｍ〜約２０ｎｍ、約２ｎｍ〜約３０ｎｍ、約２ｎｍ〜約４０ｎｍ、約２ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２ｎｍ〜約６０ｎｍ、約２ｎｍ〜約７０ｎｍ、約２ｎｍ〜約８０ｎｍ、約２ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５ｎｍ〜約１０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３０ｎｍ、約５ｎｍ〜約４０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５ｎｍ〜約７０ｎｍ、約５ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約４０ｎｍ〜約５０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約７０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約８０ｎｍ〜約１００ｎｍだけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、または約１００ｎｍだけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、少なくとも約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、または約８０ｎｍだけ狭くする。いくつかの実施形態では、レーザクリーンアップフィルタは光源の帯域幅を、最大で約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、または約１００ｎｍだけ狭くする。
いくつかの実施形態では、クリーニング後の光は次に、誘電体ミラー１５によって反射される。クリーニング後の光の反射角を約６０度〜約１２０度とすることができる。クリーニング後の光の反射角を約９０度とすることができる。反射光を次に、ディフューザ１４を用いて、イメージング光の円錐にマッチするように、ＮＩＲミラー４内の孔を通して、計算された角度（複数可）で拡散させることができる。いくつかの実施形態では、標的組織上で平坦な照明プロファイルまたは比較的均質の照明プロファイルが生成されるように、励起源の光がディフューザによって確実に均一に分布される。レーザ１２の非限定的な例はＢＷＴ ８Ｗダイオードレーザである。光ファイバの非限定的な例は、１０５ｕｍコア光ファイバ、クラッディング１２５ｕｍ、バッファ２５０ｕｍ及び０．２２ＮＡ、長さ１００ｃｍ＝／−１０ｃｍである。ディフューザ１４の非限定的な例は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ２０度円のエンジニアードディフューザ（ＲＰＣ）＃ＥＤ１−Ｃ２０である。コリメータレンズの非限定的な例は、Ｔｈｏｒｌａｂｓ Ａ１１０ＴＭ−Ｂ、ｆ＝６．２４ｍｍ、ＮＡ＝０．４０、Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ Ａｓｐｈｅｒｉｃである。レーザクリーンアップフィルタの非限定的な例は、ＤｉｏｄｅＭａｘ７８５Ｓｅｍｒｏｃｋ−ＬＤ０１−７８５／１０−１２．５である。いくつかの実施形態では、励起光源には１つ以上の要素がアセンブリ９に含まれており、限定することなく、コリメータ１７、クリーンアップフィルタ１６、誘電体ミラー１５、及びディフューザ１４のうちの１つ以上を含めることができる。いくつかの実施形態では、このクリーニング後の光は、誘電体ミラーを用いて任意の角度（たとえば、４５度〜９０度、または９０度〜及び１３５度）で反射される。また、他の実施形態では、クリーニング後の光は何らかの任意の角度で反射されるが、誘電体ミラーを用いる場合も用いない場合もある。
続けて典型的な図４を参照して、ダイクロイックショートパスフィルタ６において、光は「下方向」から来るように示しているが、実際には紙面に垂直に来る。
照明及び励起源
いくつかの実施形態では、システムは１つ以上の励起源を含む。励起源は、励起ビームを生成して、蛍光標識組織を励起し、画像化される組織領域において蛍光を刺激するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは１つ以上の照明光源を含む。照明光源は、可視光を放出して、外科医などのユーザが試料及び非蛍光の外観を見ることができるように構成されている。
１つ以上の照明源は励起光源として働くことができる。１つ以上の励起源は照明光源として働くことができる。照明源及び励起源の少なくとも一方は可視光源を含むができる。可視光は多くの白色光または可視光スペクトル源によって生成することができる。照明源及び励起源の少なくとも一方は広帯域光源、狭帯域レーザ、広帯域源、狭帯域光源、またはそれらの任意の組み合わせを含むができる。照明源及び励起源の少なくとも一方はインコヒーレント光またはコヒーレント光とすることができる。
照明源及び励起源の少なくとも一方は、白熱ランプ、ガス放電ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。広帯域光源はＮＩＲスペクトル光を放出することができる。広帯域源は、ノッチフィルタに結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。
照明源及び励起源の少なくとも一方は、可視光、赤色光、赤外線（ＩＲ）近赤外線（ＮＩＲ）、紫外線、または青色光とすることができる。励起光は、波長が約６２０〜７００ｎｍの範囲である赤色光、波長が約６５０〜約７００ｎｍの赤色光、波長が約７１０〜約８００ｎｍの近赤外光または赤外光、波長が約７８０〜約８５０ｎｍの近赤外光または赤外光、波長が約１０〜４００ｎｍの紫外光、波長が約２００〜約４００ｎｍの紫外光、波長が約３８０〜４６０ｎｍの青色光、または波長が約４００〜４５０ｎｍの青色光を含むことができる。
照明源及び励起源の少なくとも一方をイメージングシステムによって制御することもできるし、無制御とすることもできる。無制御源は、たとえば、顕微鏡光源、周辺光源、または両方とすることができる。励起光源は、バンドパスフィルタに結合されたレーザまたは広帯域源（たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ））を含むことができる。
いくつかの実施形態では、励起源の波長は約７２０，７５０、７８５、７９０、７９２、または７９５ｎｍである。いくつかの実施形態では、励起源の波長は赤外線スペクトルであり、たとえば、光波長ＩＲ−Ａ（約８００〜１４００ｎｍ）、ＩＲ−Ｂ（約１４００ｎｍ〜３μｍ）及びＩＲ−Ｃ（約３μｍ〜１ｍｍ）スペクトルである。いくつかの実施形態では、励起源の波長は近赤外線（ＮＩＲ）スペクトルであって、６５０ｎｍ〜４０００ｎｍ、７００ｎｍ〜３０００ｎｍ、７００〜８００ｎｍ、７５０ｎｍ〜９５０ｎｍ、７６０ｎｍ８２５ｎｍ、７７５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９０ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９２ｎｍ、７９０ｎｍ〜７９５ｎｍ、またはこれらのＮＩＲ範囲のいずれか内の任意の波長である。
いくつかの実施形態では、励起源は、標的（たとえば、蛍光色素によって標識付けされた組織）に蛍光を放出させて蛍光発光を生成するためにレーザを含む。励起源はオン及びオフ状態の間で交互に変わることができる。励起源に加えて標的組織に照明するために、可視光を存在させることもできるし、存在させないこともできる。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法に可視光源が存在する場合、励起源と同期して光をターンオン／オフできるように、可視光源はオン及びオフ状態を有することができる。いくつかの実施形態では、外部可視光（たとえば、手術用顕微鏡からのもの）を用いることができる。いくつかの実施形態では、外部光はオン及びオフ状態を有しているが、励起源の光とは同期していない。他の実施形態では、外部光源を連続的にオンにすることもできるし、連続的にオフにすることもできる。
図８Ａに示すのは、光源の照明用光電気システムの典型的な実施形態である。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は、１つ以上のビームスプリッタ、ダイクロイックフィルタ、ダイクロイックミラー、またはこれらを用いることを含む。いくつかの実施形態では、システム及び方法は、一次のダイクロイックミラー及び二次のダイクロイックミラーを含む。いくつかの実施形態では、システム及び方法は、１つ以上のショートパスダイクロイックミラー及び／または１つ以上のロングパスダイクロイックミラーを含む。いくつかの実施形態では、本明細書のビームスプリッタまたはダイクロイックミラーは、ロングパスを進む長波長を可能にしながら短波長を反射するか（たとえば、ロングパスフィルタまたはコールドミラー）、またはショートパスを進む短波長を可能にしながら長波長を反射する（たとえば、ショートパスフィルタホットミラー）ように構成されている。いくつかの実施形態では、本明細書の可視光は短波長であると考えられ（たとえば、７００ｎｍよりも短いかまたは７８０ｎｍよりも短い）、一方でＮＩＲまたはＩＲ光は長波長である（たとえば、７８０ｎｍよりも長い）。いくつかの実施形態では、本明細書のミラーまたはフィルタは、フィルタリング機能（すなわち、選択透過機能）及び／またはミラーリング機能（すなわち、選択反射機能）を含む。
ヒトの目は、光波長が約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの「可視光」スペクトルにおいて色を見ることができるが、当業者であれば分かるように、使用する光の強度に応じて変動がある。接眼レンズ及び可視光イメージングシステムによってユーザに与えられる光は典型的に、この可視領域内の波長を含む。いくつかの実施形態では、励起ビームは、接眼レンズによって透過し可視イメージングシステム及び検出器とともに用いられる波長の少なくとも一部よりも短い波長を含む（たとえば、３００〜４００ｎｍの範囲の波長）。いくつかの実施形態では、励起ビームは、接眼レンズによって透過し可視イメージングシステム及び検出器とともに用いられる波長の少なくとも一部よりも長い波長を含む（たとえば、約６５０ｎｍよりも短い波長）。いくつかの実施形態では、励起波長は約７００ｎｍよりも高い周波数を含む。たとえば、ダイクロイックミラー／フィルタは約〜７００ｎｍの遷移周波数を含むことができる。（この光学素子を、たとえば、７００ｎｍＳＰダイクロイックフィルタと言うこともできる）。一例として、ショートパス（ＳＰ）ダイクロイックフィルタを、約７００の遷移周波数を下回る波長の光がフィルタを通過できるように構成することができる。このフィルタを用いて可視光の９０％超を透過して、ユーザが見る画像には実質的に色収差が無く、接眼レンズを通して見る画像には、このフィルタがない顕微鏡と比べて薄暗い部分がほとんどないようにすることができる。その結果、いくつかの実施形態により、より良好なユーザーエクスペリエンスが形成され、本来は蛍光測定に干渉する光の量を減らした状態で、外科医は手術野をより良好に視覚化することができる。当然のことながら、ショートパスフィルタは代替的にバンドパスまたはノッチフィルタとすることができる。たとえば、１つの約「〜」７００ｎｍＳＰダイクロイックフィルタは、ＶＩＳ（可視光）に対して透過帯域Ｔａｖｇ＝＞９０％であるＦＦ７２０−ＳＤｉ０１フィルタを含むことができる。すなわち、７２０ｎｍＳＰダイクロイックフィルタは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光の＞９０％を透過する一方で、蛍光発光バンドにおける＞９９％を反射する。〜７００ｎｍＳＰダイクロイックフィルタは、約７００ｎｍよりも短い光のほとんど（たとえば、９０％よりも大きい）を、ダイクロイックフィルタを透過し、一方で約７００ｎｍを超えるほとんどすべての光を反射する。いくつかの実施形態において、これらのＳＰダイクロイックフィルタは可視光フィルタリングにおいて非常に効率的で、９９％以上の効率であり、ＶＩＳ（可視光）に対して透過帯域Ｔａｖｇ＝＞９９％である（たとえば、フィルタ上の入射光、たとえば可視光またはＮＩＲ光が４５°の角度のとき）。他の実施形態では、ＳＰダイクロイックフィルタは、＞５０％、＞６０％、＞６５％、＞７５％、＞８０％、＞８５％、＞９０％、＞９０．５％、＞９１％、＞９１．５％、＞９２％、＞９２．５％、＞９３％、＞９３．５％、＞９４％、＞９４．５％、＞９５％、＞９５．５％、＞９６％、＞９６．５％、＞９７％、＞９７．５％、＞９８％、＞９８．５％、＞９９％、＞９９．５％、＞９９．６％、＞９９．７％、＞９９．８％、または＞９９．９％効率、またはそれ以上と、ＶＩＳ（可視光）に対して透過帯域Ｔａｖｇ＝＞５０％、＞６０％、＞６５％、＞７５％、＞８０％、＞８５％、＞９０％、＞９０．５％、＞９１％、＞９１．５％、＞９２％、＞９２．５％、＞９３％、＞９３．５％、＞９４％、＞９４．５％、＞９５％、＞９５．５％、＞９６％、＞９６．５％、＞９７％、＞９７．５％、＞９８％、＞９８．５％、＞９９％、＞９９．５％、＞９９．６％、＞９９．７％、＞９９．８％、または＞９９．９％と、を含む。また、いくつかの実施形態では、〜７００ｎｍＳＰダイクロイックフィルタは、透過光を前述のいずれかを含む効率で通過させながら、蛍光発光バンドにおいて＞７５％、＞８０％、＞８５％、＞９０％、＞９０．５％、＞９１％、＞９１．５％、＞９２％、＞９２．５％、＞９３％、＞９３．５％、＞９４％、＞９４．５％、＞９５％、＞９５．５％、＞９６％、＞９６．５％、＞９７％、＞９７．５％、＞９８％、＞９８．５％、＞９９％、＞９９．５％、＞９９．６％、＞９９．７％、＞９９．８％、または＞９９．９％で反射することもできる。
図２に示すのは、反射防止コーティング２０２及びダイクロイック反射コーティング２０３を有するダイクロイックフィルタ６の典型的な実施形態である。図示したように、この実施形態では、ダイクロイックフィルタ６は入射光２０１が４５°となるように配置されている。入射光２０１の波長は約７００ｎｍ未満とすることができる。反射防止コーティング２０２を有するダイクロイックフィルタ２０４の背面から出る光は、強度が入射光２０１の強度の約１％よりも小さく、波長は約７００ｎｍよりも短い。ダイクロイック反射コーティング２０３を有するダイクロイックフィルタ２０５の前面から出る光は、強度が入射光２０１の強度の約９９％よりも大きく、波長は約７００ｎｍよりも短い。
いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ６は、入射する可視／ＮＩＲまたはＩＲ光路に対して１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、または７５°で配置される。いくつかの実施形態では、反射は主に、フィルタのフロントコーティングされた表面２０３上で起こる。波長による光の分離をより良好に行うために、フィルタの背面に反射防止コーティング２０２をコーティングすることで、光＜７００ｎｍの反射をさらに低減する。いくつかの実施形態では、依然として、可視光（＜約７００ｎｍ）の少量（５〜１０％）がフィルタの前面ならびに背面から反射される。いくつかの実施形態では、可視光（＜約７００ｎｍ）の１％〜５％、３％〜１０％、５％〜１２％、１０％〜１５％、最大で２０％以下がフィルタの前面ならびに背面から反射される。いくつかの実施形態では、このように少量であること（すなわち、漏れ可視光）は、可視光画像化を行うために本明細書のシステム及び方法で用いるときに優位である。
試料
試料は、組織試料などの生体外の生物学的試料を含むことができる。代替的に、試料は、外科手術を受ける被験者の生体内の組織を含むことができる。
試料はマーキング色素を含むことができる。マーキング色素は、紫外線（ＵＶ）色素、青色色素、または両方を含むことができる。フルオロフォアに対する典型的なＵＶ及び青色色素としては以下が挙げられる。ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ３５０及びＡＭＣＡ色素（たとえば、ＡＭＣＡ−Ｘ色素）、７−アミノクマリン色素の誘導体、ジアルキルアミノクマリンＡＬＥＸＡＦＬＵＯＲ ３５０色素の反応性バージョン、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ４３０（４００ｎｍ〜４５０ｎｍで吸収する反応性ＵＶ色素は、水溶液中で、５００ｎｍ超でかなりの蛍光を有する）、マリーナブルー及びパシフィックブルー色素（６，８−ジフルオロ−７−ヒドロキシクマリンフルオロフォアに基づく）、４６０ｎｍ付近で明るい青色蛍光発光を示す、ヒドロキシクマリン及びアルコキシクマリン誘導体、ゼノンＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ３５０、ゼノンＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ４３０及びゼノンパシフィックブルー、パシフィックオレンジ色素のスクシンイミジルエステル、カスケード青色アセチルアジド、及び他のピレン誘導体、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ４０５及びその誘導体、ピレンスクシンイミジルエステル、カスケードイエロー色素、ＰｙＭＰＯ及びピリジルオキサゾール誘導体、アミノナフタレン系色素及びダンシルクロリド、ダポキシル色素（たとえば、ダポキシルスルホニルクロリド、アミン反応性ダポキシルスクシンイミジルエステル、カルボン酸−反応性ダポキシル（２アミノエチル）スルホンアミド）、ビマン色素（たとえば、ビマンメルカプト酢酸）及びその誘導体、ＮＢＤ色素及びその誘導体、ＱｓＹ３５色素及びその誘導体、フルオレセイン及びその誘導体。マーキング色素は、赤外線色素、近赤外色素、または両方を含むことができる。フルオロフォアに対する典型的な赤外及び近赤外色素としては以下が挙げられる。ＤｙＬｉｇｈｔ−６８０、ＤｙＬｉｇｈｔ−７５０、ＶｉｖｏＴａｇ−７５０、ＤｙＬｉｇｈｔ−８００、ＩＲＤｙｅ−８００、ＶｉｖｏＴａｇ−６８０、Ｃｙ５．５、またはインドシアニングリーン（ＩＣＧ）及び前述のものの任意の誘導体、シアニン色素、アクリジンオレンジまたはイエロー、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ及びその任意の誘導体、７−アクチノマイシンＤ、８−アニリノナフタレン−１スルホン酸、ＡＴＴＯ色素及びその任意の誘導体、オーラミンローダミン染色及びその任意の誘導体、ベンサントローン、ビマン、９−１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン、５，１２−ビス（フェニルエチニル）ナフタセン、ビスベンズイミド、ブレインボー、カルセイン、カルボキシフルオレセイン及びその任意の誘導体、１−クロロ−９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン及びその任意の誘導体、ＤＡＰＩ、ＤｉＯＣ６、ＤｙＬｉｇｈｔ Ｆｌｕｏｒ及びその任意の誘導体、エピココノン、臭化エチジウム、ＦｌＡｓＨ−ＥＤＴ２、Ｆｌｕｏ色素及びその任意の誘導体、ＦｌｕｏＰｒｏｂｅ及びその任意の誘導体、フルオレセイン及びその任意の誘導体、Ｆｕｒａ及びその任意の誘導体、ゲルグリーン及びその任意の誘導体、ゲルレッド及びその任意の誘導体、蛍光タンパク質及びその任意の誘導体、ｍイソ型タンパク質及びその任意の誘導体、たとえばｍＣｈｅｒｒｙなど、ヘタメチン色素及びその任意の誘導体、ヘキスト染色、イミノクマリン、インディアンイエロー、インド−１及びその任意の誘導体、ラウルダン、ルシファーイエロー及びその任意の誘導体、ルシフェリン及びその任意の誘導体、ルシフェラーゼ及びその任意の誘導体、メロシアニン及びその任意の誘導体、ナイル色素及びその任意の誘導体、ペリレン、フロキシン、フィコ色素及びその任意の誘導体、ヨウ化プロピウム、ピラニン、ローダミン及びその任意の誘導体、リボグリーン、ＲｏＧＦＰ、ルブレン、スチルベン及びその任意の誘導体、スルホローダミン及びその任意の誘導体、ＳＹＢＲ及びその任意の誘導体、シナプト−ｐＨｌｕｏｒｉｎ、テトラフェニルブタジエン、テトラナトリウムトリス、テキサスレッド、タイタンイエロー、ＴＳＱ、ウンベリフェロン、ビオラントロン、黄色蛍光タンパク質及びＹＯＹＯ−１。他の好適な蛍光色素としては以下が挙げられる（しかし、これらに限定されない）。フルオレセイン及びフルオレセイン色素（たとえば、フルオレセインイソチオシアネートまたはＦＩＴＣ、ナフトフルオレセイン、４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシフルオレセイン、６−カルボキシフルオレスセインまたはＦＡＭなど）、カルボシアニン、メロシアニン、スチリル色素、オキソノール色素、フィリコエリトリン、エリトロシン、エオシン、ローダミン色素（たとえば、カルボキシテトラメチルローダミンまたはＴＡＭＲＡ、カルボキシローダミン６Ｇ、カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、リサミンローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミングリーン、ローダミンレッド、テトラメチルローダミン（ＴＭＲ）など）、クマリン及びクマリン色素（たとえば、メトキシクマリン、ジアルキルアミノクマリン、ヒドロキシクマリン、アミノメチルクマリン（ＡＭＣＡ）など）、オレゴングリーン色素（たとえば、オレゴングリーン４８８、オレゴングリーン５００、オレゴングリーン５１４など）、テキサスレッド、テキサスレッド−Ｘ、スペクトラムレッド、スペクトラムグリーン、シアニン色素（たとえば、ＣＹ−３、Ｃｙ−５、ＣＹ−３．５、ＣＹ−５．５など）、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ色素（たとえば、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ３５０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ４８８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５３２、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５４６、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５６８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５９４、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６３３、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６６０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６８０など）、ＢＯＤＩＰＹ色素（たとえば、ＢＯＤＩＰＹ ＦＬ、ＢＯＤＩＰＹ Ｒ６Ｇ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＭＲ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＲ、ＢＯＤＩＰＹ ５３０／５５０、ＢＯＤＩＰＹ ５５８／５６８、ＢＯＤＩＰＹ ５６４／５７０、ＢＯＤＩＰＹ ５７６／５８９、ＢＯＤＩＰＹ ５８１／５９１、ＢＯＤＩＰＹ ６３０／６５０、ＢＯＤＩＰＹ ６５０／６６５など）、ＩＲＤｙｅ（たとえば、ＩＲＤ ４０、ＩＲＤ ７００、ＩＲＤ ８００など）など。さらなる好適な検出可能な薬剤が知られており、国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５６１７７に記載されている。
本明細書のシステム及び方法により試料を検出するために用いるマーキング色素は、１つ以上の色素、２つ以上、３つ、４つ、５つ、及び最大で１０以上のこのような色素を所与の試料に、任意の種類の色素（たとえば、紫外線（ＵＶ）色素、青色色素、赤外線色素、または近赤外色素）を任意の組み合わせで用いて含むことができる。
カメラ及びセンサ
システムは、蛍光及び可視光を取り込む１つ以上のイメージングセンサを含むことができる。
図１２を参照して、特定の実施形態では、イメージングシステム１００は近赤外（ＮＩＲ）蛍光及び可視光を実質的に同時に取得するための２つの別個のカメラを含むことができる。この実施形態では、イメージングシステムを手術用顕微鏡に取り付けることができる。
図７Ａを参照して、特定の実施形態では、イメージングシステム１００は近赤外（ＮＩＲ）蛍光及び可視光を取得するための単一カメラを含むことができる。この実施形態では、イメージングシステムを手術用顕微鏡に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタは約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長のみを通過させる。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタは７９３ｎｍの漏れに対しては安全である。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタによってＶＩＳカメラ画像からＮＩＲが除去される。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタは、ユースコープ経路からＮＩＲを除去するように構成されたダイクロイックフィルタを有している。いくつかの実施形態では、透過するのは約１％の可視及び約９９％のＮＩＲ（約８００ｍｍ〜約９５０ｍｍ）である。いくつかの実施形態では、ノッチによって波長が約７９３ｎｍの励起が除去される。いくつかの実施形態では、ＶＩＳカット及びノッチフィルタを組み合わせて単一のフィルタにしている。いくつかの実施形態では、偏光子によって可視光のゴースティング及び／またはｖｉｓカットＯＤブロッキングを減らしている。図７Ａに示すフィルタを任意の代替順序で配置することができる。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は１つ以上のイメージセンサ検出器、レンズ、またはカメラを含む。いくつかの実施形態では、本明細書の検出器は、本明細書の１つ以上のイメージセンサ、レンズ、及びカメラ（複数可）を含む。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法では、単一カメラ、２つのカメラ、または２つ以上のカメラを用いる。さらなる実施形態では、少なくとも１つのカメラは赤外線またはＮＩＲカメラである。さらなる実施形態では、少なくとも１つのカメラはＶＩＳ／ＮＩＲカメラまたはＶＩＳ／ＩＲカメラである。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は、可視信号及びＮＩＲ信号の両方を検知するように構成されたＶＩＳ／ＮＩＲカメラのみを含む単一カメライメージングシステムである。これは、図５Ａ〜図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｂ、及び図７Ａ、及び任意的に図４、図５Ｃ、及び図１６に記載されている。
図６Ａ〜図６Ｂを参照して、特定の実施形態では、フィルタリング後の可視光は、ミラー１８で反射されてロングパスダイクロイックフィルタ１９に進み、そこで再び反射されてフィルタリング後の蛍光信号と結合して、イメージングシステムの単一のＶＩＳ／ＮＩＲレンズ２０及びカメラ２１に進む。
いくつかの実施形態では、本明細書の２カメライメージングシステムは、以下のうちの１つ以上が可能となるため有意である。ＶＩＳ及びＮＩＲ画像化経路の完全な分離；波長にも時間にも依存しないフィルタリングが可能になる；可視光差し引きから得られる時間的アーチファクトの低減（たとえば、周辺光が高いと、暗フレームは、赤外線またはＮＩＲ信号と比べてはるかに高い輝度レベルとなる可能性がある）；ダイクロイックフィルタからの影の低減が赤外線またはＮＩＲチャネルにおける対応する感度損失を伴うことなく行われる（たとえば、偏光子は可視光経路のみにあり、ＮＩＲ光路にはない）；及び顕微鏡からの白色光の明るさ、または手術野の他の照明源に対する制約が全くない。
いくつかの実施形態では、単一カメラデザインの場合、可視光フィルタ、減光フィルタ、もしくはＬＣＤフィルタ、または任意の他の光学素子であって、通過する光の総量を受動的または能動的に減らすもの）、たとえば、図７Ａの２３は、ＮＩＲを通す間に白色光の強度を減少させる必要がある。いくつかの実施形態では、シャッタ（たとえばＬＣＤシャッタ、または「フィルタホイール」、電子式可変光減衰器（ＥＶＯＡ）、光学「チョッパ」、または偏光子の組み合わせを励起信号と同期させて、可視光は選択的に減衰させるがＮＩＲにはそうしないようにすることができる。いくつかの実施形態では、物理的に動くフィルタを用いて、可視光は選択的に減衰させるがＮＩＲにはそうしないようにすることができる。いくつかの実施形態では、このようなフィルタによって、ＶＩＳ及び赤外線またはＮＩＲ画像の相対強度と、対応する蛍光信号のダイナミックレンジとが設定される。
いくつかの実施形態では、本明細書の２カメライメージングシステムは以下のうちの１つ以上が可能となるため有意である。カメラの必要なフレームレートの低減、その結果、カメラからより小さくてより長いデータケーブルを用いることができる；帯域幅の増加、なぜならば、それによってフレームが分離されて、２本のデータケーブルが存在するからである；高価なフレームグラバーカードをなくすことによるシステムコストの削減；ＶＩＳ及び赤外線またはＮＩＲカメラのそれぞれ上で独立したアパーチャを可能にしてＶＩＳカメラ上での大きな被写界深度を得る一方で、ＮＩＲカメラでの感度を下げない；アポクロマートレンズ（赤外線またはＮＩＲ及びＶＩＳ波長が同じ撮像面にフォーカスするように補正されている）と単一カメライメージングシステムの場合と同様にＶＩＳ及びＮＩＲの最適な透過を得ための広帯域コーティングとを用いる必要がない。
いくつかの実施形態では、少なくとも部分的に応用例における詳細に基づいて、単一カメラまたは２カメラ画像システムを選択する。
いくつかの実施形態では、本明細書の２カメライメージングシステムは、異なる感度が可能になるため優位である（たとえば、赤外線またはＮＩＲに対しては超高感度で、可視に対しては標準感度。これは組織が色素を取ることはできるが高濃度ではないときの応用例で有用であり得る）。感度範囲は、表示される露出時間またはフレーム／秒（ｆｐｓ）によって規定される。「標準」感度は、たとえば、蛍光化合物または薬剤の取り込みが高い組織、試料、または腫瘍を視認するときに、約２５ｆｐｓの表示更新とすることができる。高感度は、２フレーム／秒くらいに遅い長時間露出または約２５ｆｐｓよりも長い任意の露出とすることができる（組織または試料中の自家蛍光をほぼ取り込む）。応用例に対する感度要求を評価及び満たすように、ＦＰＳをリアルタイムで調整することができる。
本明細書の２カメラ画像システムによって、可視画像を飽和させることなく、赤外線またはＮＩＲ画像の最適感度を得るためにカメラ露出を変えることができる。いくつかの実施形態では、２カメライメージングシステムは、顕微鏡アタッチメント、体外視鏡、もしくは外科ロボットアタッチメントとして、またはオープンフィールド用途（複数可）に対するスタンドアロンのイメージングシステムとして用いる。
いくつかの実施形態では、単一カメライメージングシステムは、たとえば内視鏡用にセットアップ全体を小型化することができるため、優位である。単一カメライメージングシステムまたは２カメライメージングシステムを、軟性または硬性内視鏡の前方に取り付けることができる（たとえば、内視鏡の光学部品及びセンサを標的に向けて遠位端に置き、内視鏡の本体は、通常の内視鏡の場合のような光学式の代わりにセンサから電気信号を伝える。いくつかの実施形態では、本明細書の単一カメラまたは２カメライメージングシステムは、内視鏡を用いた低侵襲手術アプローチで用いられる。
いくつかの実施形態では、本明細書のイメージセンサは電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを含む。
本明細書で用いるセンサの非限定的で典型的な実施形態は、Ｂａｓｌｅｒ ａｃＡ１９２０−１５５カメラにおけるＳｏｎｙ ＩＭＸ １７４ＣＭＯＳチップである。この特定の実施形態では、カメラは１／１．２インチのエリアセンサを含み、画素サイズは約５．８６μｍ、及び解像度は１９３６ｘ１２１６（２．３ＭＰ）である。
いくつかの実施形態では、使用しているカメラは標準的なＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラである。これらのカメラはＨＤ解像度、たとえば、１０８０画素、４Ｋ、またはより高い画素数である。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は、ＥＭＣＣＤ、ＩＣＣＤなどの専用カメラを必要としない。いくつかの実施形態では、感度、解像度、または他のパラメータであって画像化に付随するものを増加させるために、専用カメラを用いることができる。表１に、本明細書の可視光及びＮＩＲカメラの典型的な実施形態の情報を示す。
Figure 2021519446
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は１つ以上の光センサ（たとえば、フォトダイオード、または他の適切なセンサ）を含む。いくつかの実施形態では、光センサは、システム及び方法における安全性計算及びモニタリングに対して構成されている。いくつかの実施形態では、光センサ（複数可）を、コリメーションレンズ後のプリズムに、ダイクロイックＳＰ６の背後に、励起ファイバの近位端に、及び／または励起経路のどこかに配置して、全体及び相対パワー測定を行う。いくつかの実施形態では、２つまたは他の任意の数のフォトダイオードをホットミラーの背後に配置して、励起源の照明形状をモニタリングすることによって、ディフューザ性能を確保する。
いくつかの実施形態では、１次元もしくは２次元センサアレイ、または代替的にＣＭＯＳアレイをホットミラーの背後に配置して、励起源の照明をモニタリングすることによって、ディフューザ性能を確保する。
光ガイド
複数の光学部品を、組織に照明してそこから放出された可視光及び蛍光を集めるように構成することができる。いくつかの実施形態では、光学ガイドは存在せず、レーザは自由空間を進む。
複数の光学部品は、限定することなく、フィルタ、光透過メカニズム、レンズ、ミラー、及びディフューザを含むリストから選択されたコンポーネントを含むことができる。フィルタは励起源からの光を遮るように構成することができる。フィルタは、バンドパスフィルタ、クリーンアップフィルタ、または両方を含むことができる。バンドパスフィルタは光の波長を制御するように構成することができる。クリーンアップフィルタは、特定の波長及び／または特定の入射角を伴う光を通過させることができる。クリーンアップフィルタは狭帯域バンドパスフィルタを含むことができる。ミラーは誘電体ミラーを含むことができる。
光透過メカニズムは自由空間、または光ガイドを含むことができる。光ガイドは、光ファイバ、光ファイバケーブル、液体光ガイド、導波路、固体光ガイド、プラスチック光ガイド、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、光ファイバは、珪酸ガラス、プラスチック、石英または任意の他の材料であって、励起レーザ光線を透過することができるものを含むことができる。いくつかの実施形態では、複数の光学部品の少なくとも１つは、システムにさらなる同軸光を与えるように構成された同軸光注入メカニズムを含む。同軸光注入メカニズムは、複数の光学部品のうちの１つ以上に貫通孔を含むことができる。当然のことながら、このシステムの実施形態のいずれかにおいて、任意のタイプの光透過メカニズムを用いることができる。光透過メカニズムは赤外光または近赤外光を透過するように構成することができる。可視光は、継ぎ合わされた光ファイバまたは継ぎ合わされていない光ファイバを含むことができる。光ファイバの直径は、励起源のパワーの量及び放出部の数（集光光学系の物理を含む）に依存する可能性がある。
いくつかの実施形態では、光ファイバの断面径は約１０ｕｍ〜約１，０００ｕｍである。いくつかの実施形態では、光ファイバの断面径は、約１０ｕｍ〜約２５ｕｍ、約１０ｕｍ〜約５０ｕｍ、約１０ｕｍ〜約７５ｕｍ、約１０ｕｍ〜約１００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約２００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約３００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約４００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約５００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約６００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約８００ｕｍ、約１０ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約５０ｕｍ、約２５ｕｍ〜約７５ｕｍ、約２５ｕｍ〜約１００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約２００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約３００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約４００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約５００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約６００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約８００ｕｍ、約２５ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約７５ｕｍ、約５０ｕｍ〜約１００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約２００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約３００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約４００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約５００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約６００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約８００ｕｍ、約５０ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約１００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約２００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約３００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約４００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約５００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約６００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約８００ｕｍ、約７５ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約２００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約３００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約４００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約５００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約６００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約１００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約３００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約４００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約５００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約６００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約２００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約３００ｕｍ〜約４００ｕｍ、約３００ｕｍ〜約５００ｕｍ、約３００ｕｍ〜約６００ｕｍ、約３００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約３００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約４００ｕｍ〜約５００ｕｍ、約４００ｕｍ〜約６００ｕｍ、約４００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約４００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約５００ｕｍ〜約６００ｕｍ、約５００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約５００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、約６００ｕｍ〜約８００ｕｍ、約６００ｕｍ〜約１，０００ｕｍ、または約８００ｕｍ〜約１，０００ｕｍである。いくつかの実施形態では、光ファイバの断面径は、約１０ｕｍ、約２５ｕｍ、約５０ｕｍ、約７５ｕｍ、約１００ｕｍ、約２００ｕｍ、約３００ｕｍ、約４００ｕｍ、約５００ｕｍ、約６００ｕｍ、約８００ｕｍ、または約１，０００ｕｍである。いくつかの実施形態では、光ファイバの断面径は、少なくとも約１０ｕｍ、約２５ｕｍ、約５０ｕｍ、約７５ｕｍ、約１００ｕｍ、約２００ｕｍ、約３００ｕｍ、約４００ｕｍ、約５００ｕｍ、約６００ｕｍ、または約８００ｕｍである。いくつかの実施形態では、光ファイバの断面径は、最大で約２５ｕｍ、約５０ｕｍ、約７５ｕｍ、約１００ｕｍ、約２００ｕｍ、約３００ｕｍ、約４００ｕｍ、約５００ｕｍ、約６００ｕｍ、約８００ｕｍ、または約１，０００ｕｍである。
いくつかの実施形態では、光ガイドの長さは約０．００５ｍ〜約１０ｍである。いくつかの実施形態では、光ガイドの長さは、約０．００５ｍ〜約０．０１ｍ、約０．００５ｍ〜約０．０５ｍ、約０．００５ｍ〜約０．１ｍ、約０．００５ｍ〜約０．５ｍ、約０．００５ｍ約１ｍ、約０．００５ｍ約２ｍ、約０．００５ｍ約３ｍ、約０．００５ｍ約４ｍ、約０．００５ｍ約６ｍ、約０．００５ｍ約８ｍ、約０．００５ｍ約１０ｍ、約０．０１ｍ〜約０．０５ｍ、約０．０１ｍ〜約０．１ｍ、約０．０１ｍ〜約０．５ｍ、約０．０１ｍ約１ｍ、約０．０１ｍ約２ｍ、約０．０１ｍ約３ｍ、約０．０１ｍ約４ｍ、約０．０１ｍ約６ｍ、約０．０１ｍ約８ｍ、約０．０１ｍ約１０ｍ、約０．０５ｍ〜約０．１ｍ、約０．０５ｍ〜約０．５ｍ、約０．０５ｍ約１ｍ、約０．０５ｍ約２ｍ、約０．０５ｍ約３ｍ、約０．０５ｍ約４ｍ、約０．０５ｍ約６ｍ、約０．０５ｍ約８ｍ、約０．０５ｍ約１０ｍ、約０．１ｍ〜約０．５ｍ、約０．１ｍ約１ｍ、約０．１ｍ約２ｍ、約０．１ｍ約３ｍ、約０．１ｍ約４ｍ、約０．１ｍ約６ｍ、約０．１ｍ約８ｍ、約０．１ｍ約１０ｍ、約０．５ｍ約１ｍ、約０．５ｍ約２ｍ、約０．５ｍ約３ｍ、約０．５ｍ約４ｍ、約０．５ｍ約６ｍ、約０．５ｍ約８ｍ、約０．５ｍ約１０ｍ、約１ｍ〜約２ｍ、約１ｍ〜約３ｍ、約１ｍ〜約４ｍ、約１ｍ〜約６ｍ、約１ｍ〜約８ｍ、約１ｍ〜約１０ｍ、約２ｍ〜約３ｍ、約２ｍ〜約４ｍ、約２ｍ〜約６ｍ、約２ｍ〜約８ｍ、約２ｍ〜約１０ｍ、約３ｍ〜約４ｍ、約３ｍ〜約６ｍ、約３ｍ〜約８ｍ、約３ｍ〜約１０ｍ、約４ｍ〜約６ｍ、約４ｍ〜約８ｍ、約４ｍ〜約１０ｍ、約６ｍ〜約８ｍ、約６ｍ〜約１０ｍ、または約８ｍ〜約１０ｍである。いくつかの実施形態では、光ガイドの長さは、約０．００５ｍ、約０．０１ｍ、約０．０５ｍ、約０．１ｍ、約０．５ｍ、約１ｍ、約２ｍ、約３ｍ、約４ｍ、約６ｍ、約８ｍ、または約１０ｍである。いくつかの実施形態では、光ガイドの長さは、少なくとも約０．００５ｍ、約０．０１ｍ、約０．０５ｍ、約０．１ｍ、約０．５ｍ、約１ｍ、約２ｍ、約３ｍ、約４ｍ、約６ｍ、または約８ｍである。いくつかの実施形態では、光ガイドの長さは、最大で約０．０１ｍ、約０．０５ｍ、約０．１ｍ、約０．５ｍ、約１ｍ、約２ｍ、約３ｍ、約４ｍ、約６ｍ、約８ｍ、または約１０ｍである。光ガイドの長さは、光ガイドをまっすぐにしたときの、光ガイドの入力側と出力側との間の最小、平均、または最大距離として測定することができる。
いくつかの実施形態では、レーザモジュールによって励起光が発生して、光ガイド内に送られる。いくつかの実施形態では、赤外線源によって励起光が発生して、光ガイド内に送られる。いくつかの実施形態では、近赤外線源によって励起光が発生して、光ガイド内に送られる。
いくつかの実施形態では、ディフューザにはディフューザ表面がある。ディフューザ表面の少なくとも一部は、たとえば、図８Ａ〜図８Ｂに示すように、ＮＩＲミラーの孔の中に収まることができる。この特定の実施形態では、光源の光学素子のうちの１つ以上（たとえば、コリメータ１７、クリーンアップフィルタ１６、誘電体ミラー１５、及びディフューザ１４）を、ＮＩＲミラーの孔の外側に配置することができる。他の実施形態では、光源の光学素子のうちの１つ以上（たとえば、コリメータ１７、クリーンアップフィルタ１６、誘電体ミラー１５、及びディフューザ１４）を、ＮＩＲミラーの孔の内側に配置することができる。他の実施形態では、光源の光学素子のうちの１つ以上（たとえば、コリメータ１７、クリーンアップフィルタ１６、誘電体ミラー１５、及びディフューザ１４）を、ＮＩＲミラー（たとえば、ミラー４）の表面の内側に配置することもできるし、ミラーの近位に直接配置することができる。いくつかの実施形態では、ディフューザからドレープまでの距離は約１３０ｍｍである。
いくつかの実施形態では、光ガイドは励起光をイメージングシステム内に導入するための光学足場を含む。いくつかの実施形態では、このような足場は、ホットミラー、誘電体ミラー、銀メッキミラーなど、たとえばＮＩＲ誘電体ミラー４を含む。励起光をミラー内の孔を通してイメージングシステム内に挿入することができる。
いくつかの実施形態では、システムは１つ以上の照明源を含む。１つ以上の照明源は狭帯域レーザなどの励起光源を含むことができる。励起光源は、励起ビームを生成して、画像化される組織領域において蛍光を刺激するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは複数の励起光源を含む。代替的にまたは組み合わせて、励起源は、励起光ビームを生成するようにノッチフィルタに結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）などの広帯域源を含むことができる。１つ以上の照明源は、画像化される組織領域に可視光を照明する可視光照明源を含むことができる。複数の光学部品を、標的を照明して可視光及び蛍光を集めるように構成することができる。複数の光学部品は、励起源から光を除去するフィルタを含むことができる。システムは、蛍光及び可視光を取り込む１つ以上のイメージングセンサを含むことができる。また照明源として広帯域光源を用いることができる。広帯域光源は、白色光、赤外光、白熱ランプ、ガス放電ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。広帯域光源は、照明及び励起の両方のためにＮＩＲスペクトル光を放出することができる。
図４及び図６Ａを参照して、特定の実施形態では、標的または試料を、主要な照明１２ａ及び／または反対側の照明１２ｂによって照明する。標的または試料からの可視光を一次のダイクロイックショートパスフィルタ６によってフィルタリングして、ほんの少量（すなわち、漏れ可視光）、たとえば、ショートパスフィルタ６における入射光の５〜１０％のみが、二次のダイクロイックフィルタ５を経て可視レンズ１１ａ及びカメラ１０ａに到達する。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタ６における入射光の１％〜５％、３％〜１０％、５％〜１２％、１０％〜１５％、最大で２０％以下が、二次のダイクロイックフィルタ５を経て、可視レンズ１１ａ及びカメラ１０ａに到達する。可視カメラの非限定的で典型的な実施形態は、Ｂａｓｌｅｒ ａｃＡ１９２０〜１５５ｕｃである。ＮＩＲカメラの非限定的で典型的な実施形態は、ａｃＡ１９２０〜１５５ｕｍである。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタ６における入射光の１％〜５％、３％〜１０％、５％〜１２％、１０％〜１５％、最大で２０％またはそれ以下が、二次のダイクロイックフィルタ５を経て、その後に、偏光子（影を除去する）、減光フィルタ（任意的）、及びショートパスフィルタ（励起光及び蛍光発光のどんな痕跡も除去する）を用いてフィルタリングされ、さらにミラーによって反射される（図６Ａ）。
いくつかの実施形態では、一次のダイクロイックショートパスフィルタ６及び二次のダイクロイックフィルタ５は、任意のビームスプリッタ、プリズム、フィルタ、ミラー、または他の光学部品であって、ダイクロイックフィルタと同様のショートパス機能を行うように構成されたものである。
引き続き図４を参照して、同じ実施形態において、標的または試料からの蛍光はほとんどすべて、一次のダイクロイックショートパスフィルタ６によって反射された後に、二次のダイクロイックショートパスフィルタ５によって反射される。こうして、一次のダイクロイックフィルタにおいて可視光の大部分から分離された後に、二次のダイクロイックフィルタにおいて漏れ可視光から分離される。この実施形態では、蛍光はＮＩＲミラー４で反射され、さらにロングパスフィルタ３によってフィルタリングされることが、ＮＩＲレンズ１１ｂ及びＮＩＲカメラ１０ｂに到達する前に行われる。ＮＩＲレンズとカメラとの間に、さらなるＮＩＲロングパスフィルタ３．５を含めることができる。いくつかの実施形態では、ＮＩＲレンズとカメラとの間にさらなるＮＩＲロングパスフィルタが存在する。いくつかの実施形態では、前述のフィルタは赤外線フィルタである。ロングパスフィルタ３の非限定的で典型的な実施形態は、Ｅｄｍｕｎｄ ＵＶ／ＶＩＳカットイメージングフィルタである。ＮＩＲロングパスフィルタ３．５の非限定的で典型的な実施形態は、８０８ｎｍロングパスのＳｅｍｒｏｃｋ Ｅｄｇｅ Ｂａｓｉｃである。
いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ／ミラー（たとえば、本明細書の５、６、及び／または８）は入射角（ＡＯＩ）を含んでいる。入射角は０度、４５度、または任意の他の角度である。いくつかの実施形態では、入射角は１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、または任意の他の角度である。ダイクロイックフィルタ５、６の非限定的で典型的な実施形態は、それぞれ、Ｅｄｍｕｎｄ ４５ＡＯＩホットミラー及び７２０ｎｍ ＳＰフィルタ（Ｓｅｍｒｏｃｋ製）、ＦＦ７２０−ＳＤｉ０１−５５ｘ５５である。
いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ６は、特定の量のＶＩＳ反射が可能になるように具体的に構成されたフィルタであって、励起源からの反射を減らす高い表面品質と、４５＋／−１０度のＡＯＩで反射する励起に対する大きい円錐角の反射を可能にするほど十分に短い波長端とを伴うフィルタである。いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタによって、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、または任意の他の角度＋／−１０度のＡＯＩで反射する励起に対する大きい円錐角の反射が可能になる。いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ６によって、背面からの漏れ可視光の二次反射に起因して可視光画像内に影が生じる。図７Ｃ〜図７Ｄ（図７Ｃの左及び図７Ｄの下部パネル）。この光の偏光は、第１の表面によって放出された光とは異なっている。このため、偏光子を用いて背面からの二次（影）画像をなくすことができる。図７Ｄに示すのは、図７Ｃの右上隅及び右下隅部の分解図である。この実施形態では、影またはゴースティングが、偏光子、ＬＣ減衰器、または同様の機能の他の光学素子を用いて著しく軽減されているかまたは除去さえされている。
いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ５には、以下を含む（しかしこれらに限定されない）種々の機能がある。励起ビームを反射する、２）赤外またはＮＩＲ蛍光を反射する、３）ＶＩＳカメラに可視画像を伝送する。いくつかの実施形態では、この要素は赤外線またはＮＩＲ及びＶＩＳ経路を分割するために用いられる。
図８Ｂに示すのは、光源からの照明に続く光の経路の典型的な実施形態である。この実施形態では、システムには、４５ＡＯＩホットミラー６と顕微鏡２７との間に位置する０−ＡＯＩホットミラー８が含まれている。この実施形態では、ホットミラー８は、励起が漏れて顕微鏡内に入ること（たとえば、７８５ｎｍ）を軽減し、顕微鏡光からの組織のＮＩＲ照明（暗フレーム内で混合され、実際のＮＩＲ蛍光から差し引く必要がある）をなくすための安全フィルタとして構成されている。いくつかの実施形態では、前述の機能は赤外光に適用される。いくつかの実施形態では、前述の機能は、赤外線範囲またはＮＩＲ範囲にある励起源の光に適用される。いくつかの実施形態では、前述の機能は、赤外線範囲またはＮＩＲ範囲にある赤外線源（たとえば、バンドパスフィルタを伴う広帯域源（たとえば、発光ダイオード（ＬＥＤ）））に適用される。
いくつかの実施形態では、本明細書のダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラーのうちの１つ以上は特定波長用ビームスプリッタとして機能する。いくつかの実施形態では、本明細書のダイクロイックフィルタは、受動的な特定波長用ビーム分割またはビーム分離を行うように構成された任意の光学素子である。
図４を参照して、特定の実施形態では、ＮＩＲ画像化経路は、ロングパス（ＬＰ）フィルタ３（たとえば、誘電体コーティングフィルタ、０度入射角）を含む。このフィルタ３は、波長が８００ｎｍよりも短いすべての光を反射する（＜８００ｎｍに対するＯＤ６ブロッキングよりも大きい）。このＬＰフィルタの主な機能は、試料から反射する励起光をなくすことであり、その結果、センサによって蛍光信号を画像化することができる。いくつかの実施形態では、単一カメラを用いて、ロングパスフィルタの代わりにノッチフィルタ（バンドパスレーザクリーンアップフィルタよりもスペクトルバンドが広い）を用いることができ、その結果、可視画像ならびに蛍光画像の両方がセンサ上である間、励起光のみが遮られる。
いくつかの実施形態では、ＶＩＳカメラに到達する蛍光はほとんどないかまたはまったくない。なぜならば、ダイクロイックフィルタ５によって＞９０％が反射されるからである。いくつかの実施形態では、ショートパスフィルタ１は、ＶＩＳカメラ内に励起が漏れることを軽減する。ＶＩＳカメラは、センサの前方に配置されたさらなるホットミラーを有することができる（図４に図示せず）。
いくつかの実施形態では、ダイクロイックフィルタ５はＶＩＳ及びＮＩＲ画像化経路に対する一次の分割手段である。いくつかの実施形態では、本明細書の１つ以上のＳＰ及びＬＰ誘電体フィルタは主に、結像レンズ内に入る励起を減衰させるためである。
いくつかの実施形態では、組織からの蛍光信号はダイクロイックショートパスフィルタによって反射され、一方で可視光は完全に透明であるかのように通過する。反射された蛍光は第２のダイクロイックショートパスによってさらに反射されることを、ミラー上で再び反射されて、ロングパスフィルタを不変で通過して（たとえば、「不変である」の意味は、減衰が１％、２％、３％、４％、または５％未満である一方で、不要な励起を阻止している）、レンズ及びセンサに到達する前に行うことができる。
いくつかの実施形態では、可視光の９５％以上がダイクロイックショートパスフィルタを通過し、極めて小さい量のみがフィルタによって反射される（漏れる）。漏れ可視光は、二次のダイクロイックフィルタを不変で通過することを、通常のミラーによって反射される前に行う。次に可視光は、ダイクロイックロングパスフィルタによって再び反射されることを、レンズ及びイメージングセンサで受け取られる前に行うことができる。これを図４、図６Ａ〜図６Ｂに示す。
いくつかの実施形態では、可視光の小部分がダイクロイックミラーの前面及び背面の両方から反射される。両方の光線はほんの少しだけ違う距離を進むため、レンズによってセンサ上にわずかなずれでフォーカスさせることができる。ダイクロイックミラーの厚さに起因して、背面反射の方が、光路長が長く、センサ上ではずれとして表れ、シャドーイング効果をもたらし、その結果、画像が二重に見える。これを図７Ｃ〜図７Ｄに示す。いくつかの実施形態では、前面からの光は、背面から反射された光と比べて、偏光において９０°回転している。したがって、この影効果は、図６Ａに示すように、偏光子２を用いてなくすことができる。代替的に、図６Ｂの液晶減衰器２ａを用いて可視光を可変減衰させることができる。この実施形態では、図６Ｂにおいて、ＬＣ減衰器は入射光を偏光する（たとえば、２つの偏光子の間にＬＣが挟まれているため、直線偏光を受け付けて、他の軸を阻止する）ことによって、シャドーイングまたはゴースティングを軽減する。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法には、シャドーイングまたはゴースティングを軽減するためにＬＣの前方またはその背後に偏光子が位置する。いくつかの実施形態では、交差偏光子の各メンバーはＬＣの側面に配置されている。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法には、ゴースティングまたはシャドーイングを軽減するためにＬＣに加えて偏光子が含まれていることはない。いくつかの実施形態では、本明細書のＬＣ減衰器は本来的に偏光されているため、ＬＣの偏光を制御することによって、ダイクロイックミラーの前方または後方反射をなくすことができ、その結果、シャドーイングまたはゴースティングが除去される。しかし反射された近赤外光の前方に偏光子がある場合、本明細書のシステム及び方法において偏光子または同様のデバイスを用いることには著しい欠点が存在する可能性がある。いくつかの実施形態では、偏光子または同様の要素によって、赤外蛍光信号からの光子の約５０％が減り、その結果、望ましくない蛍光信号損失が生じる。赤外蛍光信号に影響することもこれを減らすこともなく影を抑制するために、いくつかの実施形態では、偏光子または同様のデバイスを可視光に対してのみ用いて、しかし赤外線またはＮＩＲ光には用いない。いくつかの実施形態では、偏光子の位置決めは、赤外線またはＮＩＲ信号とは別個の画像経路であり、いくつかの実施形態では、偏光子は赤外線またはＮＩＲ光路の背後にあるかまたはＮＩＲ光路とは別個の画像経路に配置されて、影を最小限にする。いくつかの実施形態では、偏光子はレンズ、カメラ、またはミラーの前方に配置され、それらの間に任意のさらなる光学素子はない。いくつかの実施形態では、偏光子は少なくとも一次及び／または二次のダイクロイックフィルタ／ミラーの背後に配置されている。いくつかの実施形態では、偏光子はレンズ、カメラ、またはミラーの前方に配置され、それらの間にはノッチフィルタ及び／またはＶＩＳカットフィルタのみがある。図４、図６Ａ〜図６Ｂを参照して、特定の実施形態では、偏光子２、減衰器２ａ、または同様のデバイスが、混合された可視光及び赤外光がホットミラー５（ショートパス（ＳＰ）ダイクロイックフィルタである）を用いて分割されるように配置されている。可視光（青色矢印）はフィルタ５そして偏光子２を通過して、二次の可視光カメラ１１ａ、１０ａ上にまたはミラー１８上に達し、再び背面で反射されて、単一のセンサ２１上に達する。別のロングパスダイクロイックフィルタ１９によって、可視光がセンサ上に反射される。
図５Ａを参照して、一実施形態では、可視光はＶＩＳ／ＮＩＲレンズ２０及びカメラ２１に直接到達することを、以下の後に行う。すなわち、影を除去するために偏光子２によってフィルタリングされ、また可視光を（必要に応じて、しかしＩＲでもＮＩＲ光でもなく）選択的にさらに減衰させるために、任意のＶＩＳカットフィルタ（減光フィルタまたはＬＣＤフィルタまたは任意の他の光学素子であって、通過する光の総量を受動的または能動的に減らすもの）２３によってフィルタリングされ（代替的に、同期された「シャッタ」（たとえばＬＣＤ、または「フィルタホイール」、または光「チョッパ」、電子式可変光減衰器（ＥＶＯＡ））を用いて、このような減衰を得ることができ（たとえば、８００〜９５０ｎｍの範囲において１％の可視光線透過率及び約１００％のＮＩＲ透過））、また励起源から光を除去するためにノッチフィルタ２２によってフィルタリングされた後である。同じ実施形態において、蛍光は一次のダイクロイックミラー６で反射された後に、偏光子２によって減衰され、ＶＩＳカットフィルタ２３及びノッチフィルタ２２を透過して、単一のＶＩＳ／ＮＩＲカメラ２１に達する。いくつかの実施形態では、一次のダイクロイックミラー６は長さが約３５ｍｍ〜約４０ｍｍ、または約２３ｍｍ〜約５４ｍｍである。いくつかの実施形態では、一次のダイクロイックミラー６は高さが約２９ｍｍ〜約３５ｍｍ、または約２３ｍｍ〜約３８ｍｍである。いくつかの実施形態では、ダイクロイックショートパスミラーからＶＩＳまたはＮＩＳレンズまでの距離は、約５０ｍｍ未満である。いくつかの実施形態では、ダイクロイックショートパスミラーからＶＩＳまたはＮＩＳレンズまでの距離は、約１，０００ｍｍ未満である。
図５Ｂ〜図５Ｃを参照して、ミラー対２５、２６を用いて、ミラー１の２５の孔を通して同軸照明することができ、可視光及び蛍光は両方とも、偏光子２に達する前にミラー対において２回反射される。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は２カメライメージングシステムであり、これは、図４に示すように、可視またはＮＩＲ信号を別個に検知するように構成されている。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は単一カメライメージングシステムであり、これは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、可視信号またはＮＩＲ信号の両方を検知するように構成されている。いくつかの実施形態では、高レベルの可視周辺光が画像化環境に存在するときは（不都合なイメージングアーチファクトも、ＶＩＳカットフィルタの使用もない状態で）、２カメライメージングシステムは赤外線またはＮＩＲ画像及び可視光画像の両方を得ることができる。このような高レベルの周辺光の非限定的な例としては、手術室内の窓及び手術室内の光（画像化の間はＯＮである必要がある）が挙げられる。いくつかの実施形態では、図４に示すコンポーネントのうちの少なくとも１つを、ページに垂直に、表示した向きに位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、ＮＩＲミラー４は誘電体ミラーである。いくつかの実施形態では、光ファイバ１３は湾曲している。いくつかの実施形態では、光ファイバ１３は湾曲していない。
図１３に示すのは、本明細書のイメージングシステムを用いて可視光及び蛍光イメージングを同時に行うための１つ以上の方法ステップの典型的な概略図である。この特定の実施形態では、試料から蛍光を誘起するために、蛍光励起光（たとえば、赤外光）が光源によって与えられる１３１。いくつかの実施形態では、ＮＩＲまたはＩＲ画像化用の蛍光の光路に沿って、誘電体ミラーの孔を通して光源を透過または「注入」することができる。この実施形態では、光源からの赤外線またはＮＩＲ光を複数の光学部品を介して試料に送り１３２、試料へ送る赤外光は、蛍光画像（複数可）内の影を減らすために、試料から受け取る蛍光と実質的に同軸である。本明細書の複数の光学部品は、限定することなく以下のうちの１つ以上を含む。ダイクロイックフィルタ、ホットミラー、ビームスプリッタ、誘電体ミラー、偏光子、減衰器、ノッチフィルタ、中性濃度フィルタ、ショートパスフィルタ（たとえば、７００ｎｍまたは７８０ｎｍよりも短い波長、または７００ｎｍまたは７８０ｎｍの間の任意の波長）、及びロングパスフィルタ（たとえば、７００ｎｍまたは７８０ｎｍよりも長い波長）。この実施形態では、本明細書のイメージングシステムによって試料の蛍光画像及び可視光画像が生成され１３３、蛍光画像及び可視光画像は必ずしも同じフレームレートではない。蛍光画像（複数可）及び可視光画像（複数可）をプロセッサによって処理して、合成画像を形成することができる。試料の合成画像、蛍光画像及び／または可視光画像を、デジタルディスプレイ１３４を用いてユーザに表示することができる。
図４、図５Ａ〜図５Ｂ、図６Ａ〜図６Ｂ、及び図７Ａに示すのは、画像システムのレンズ、カメラ、及び他の要素に対する偏光子または減衰器の非限定で典型的な位置である。いくつかの実施形態では、本明細書の偏光子または減衰器は、光学縦列の他の位置に配置することができる１つ以上の偏光子または減衰器を含むことができる。
いくつかの実施形態では、図５Ａに示すように、本明細書で説明するシステム及び方法はノッチフィルタ（たとえば、ノッチフィルタ（２２））を含む。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタはダイクロイックミラーとイメージングセンサとの間の光路にある。図５Ａ〜図５Ｃ、及び図７Ａ、任意的に図４、図６Ａ及び図６Ｂ、及び図１６に示すように、いくつかの実施形態では、ノッチフィルタは一次のダイクロイックミラーとイメージングセンサとの間にある。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタは偏光子とイメージングセンサとの間にある。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタは励起源の光の少なくとも一部（たとえば、＞９０％、＞９０．５％、＞９１％、＞９１．５％、＞９２％、＞９２．５％、＞９３％、＞９３．５％、＞９４％、＞９４．５％、＞９５％、＞９５．５％、＞９６％、＞９６．５％、＞９７％、＞９７．５％、＞９８％、＞９８．５％、＞９９％、＞９９．５％、＞９９．６％、＞９９．７％、＞９９．８％、または＞９９．９％またはそれ以上）を除去するように構成されており、レンズは残りの蛍光をセンサ上にフォーカスするために用いることができる。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタは常に、スペクトル帯域幅がレーザクリーンアップフィルタなどのバンドパスフィルタよりも広い。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタはスペクトル幅が、０度のＡＯＩにおいて約２０ｎｍで、１０度のＡＯＩにおいて１０ｎｍである。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタは、０度のＡＯＩに対して７７０〜８００ｎｍにおいて＞ＯＤ３である。いくつかの実施形態では、すなわち、非ゼロのＡＯＩの場合には、フィルタノッチバンドストップはより短い波長にシフトし、それによって１０度ごとに５ｎｍだけシフトする。いくつかの実施形態では、ノッチフィルタに対する入射角は、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°、または９０°または任意の他の角度である。ＡＯＩに応じて、波長バンドストップは相応にシフトすることが分かる。
いくつかの実施形態では、光学系の対物レンズから、画像化されている組織までの作動距離は、０．１ｃｍ（１ｍｍ）未満、０．２ｃｍ（２ｍｍ）未満、０．３ｃｍ（３ｍｍ）未満、０．４ｃｍ（４ｍｍ）未満、０．５ｃｍ（５ｍｍ）未満、０．６ｃｍ（６ｍｍ）未満、０．７ｃｍ（７ｍｍ）未満、０．８ｃｍ（８ｍｍ）未満、０．９ｃｍ（９ｍｍ）未満、１ｃｍ未満、２ｃｍ未満、３ｃｍ未満、４ｃｍ未満、５ｃｍ未満、６ｃｍ未満、７ｃｍ未満、８ｃｍ未満、９ｃｍ未満、１０ｃｍ未満、２０ｃｍ未満、３０ｃｍ未満、４０ｃｍ未満、５０ｃｍ未満、またはそれ以上である。
いくつかの実施形態では、作動距離は約０．１ｃｍ〜約５０ｃｍである。いくつかの実施形態では、作動距離は、約０．１ｃｍ〜約０．２ｃｍ、約０．１ｃｍ〜約０．５ｃｍ、約０．１ｃｍ〜約０．７ｃｍ、約０．１ｃｍ〜約０．９ｃｍ、約０．１ｃｍ約１ｃｍ、約０．１ｃｍ約５ｃｍ、約０．１ｃｍ約１０ｃｍ、約０．１ｃｍ約２０ｃｍ、約０．１ｃｍ約３０ｃｍ、約０．１ｃｍ約４０ｃｍ、約０．１ｃｍ約５０ｃｍ、約０．２ｃｍ〜約０．５ｃｍ、約０．２ｃｍ〜約０．７ｃｍ、約０．２ｃｍ〜約０．９ｃｍ、約０．２ｃｍ約１ｃｍ、約０．２ｃｍ約５ｃｍ、約０．２ｃｍ約１０ｃｍ、約０．２ｃｍ約２０ｃｍ、約０．２ｃｍ約３０ｃｍ、約０．２ｃｍ約４０ｃｍ、約０．２ｃｍ約５０ｃｍ、約０．５ｃｍ〜約０．７ｃｍ、約０．５ｃｍ〜約０．９ｃｍ、約０．５ｃｍ約１ｃｍ、約０．５ｃｍ約５ｃｍ、約０．５ｃｍ約１０ｃｍ、約０．５ｃｍ約２０ｃｍ、約０．５ｃｍ約３０ｃｍ、約０．５ｃｍ約４０ｃｍ、約０．５ｃｍ約５０ｃｍ、約０．７ｃｍ〜約０．９ｃｍ、約０．７ｃｍ約１ｃｍ、約０．７ｃｍ約５ｃｍ、約０．７ｃｍ約１０ｃｍ、約０．７ｃｍ約２０ｃｍ、約０．７ｃｍ約３０ｃｍ、約０．７ｃｍ約４０ｃｍ、約０．７ｃｍ約５０ｃｍ、約０．９ｃｍ約１ｃｍ、約０．９ｃｍ約５ｃｍ、約０．９ｃｍ約１０ｃｍ、約０．９ｃｍ約２０ｃｍ、約０．９ｃｍ約３０ｃｍ、約０．９ｃｍ約４０ｃｍ、約０．９ｃｍ約５０ｃｍ、約１ｃｍ〜約５ｃｍ、約１ｃｍ〜約１０ｃｍ、約１ｃｍ〜約２０ｃｍ、約１ｃｍ〜約３０ｃｍ、約１ｃｍ〜約４０ｃｍ、約１ｃｍ〜約５０ｃｍ、約５ｃｍ〜約１０ｃｍ、約５ｃｍ〜約２０ｃｍ、約５ｃｍ〜約３０ｃｍ、約５ｃｍ〜約４０ｃｍ、約５ｃｍ〜約５０ｃｍ、約１０ｃｍ〜約２０ｃｍ、約１０ｃｍ〜約３０ｃｍ、約１０ｃｍ〜約４０ｃｍ、約１０ｃｍ〜約５０ｃｍ、約２０ｃｍ〜約３０ｃｍ、約２０ｃｍ〜約４０ｃｍ、約２０ｃｍ〜約５０ｃｍ、約３０ｃｍ〜約４０ｃｍ、約３０ｃｍ〜約５０ｃｍ、または約４０ｃｍ〜約５０ｃｍである。いくつかの実施形態では、作動距離は、約０．１ｃｍ、約０．２ｃｍ、約０．５ｃｍ、約０．７ｃｍ、約０．９ｃｍ、約１ｃｍ、約５ｃｍ、約１０ｃｍ、約２０ｃｍ、約３０ｃｍ、約４０ｃｍ、または約５０ｃｍである。いくつかの実施形態では、作動距離は少なくとも、約０．１ｃｍ、約０．２ｃｍ、約０．５ｃｍ、約０．７ｃｍ、約０．９ｃｍ、約１ｃｍ、約５ｃｍ、約１０ｃｍ、約２０ｃｍ、約３０ｃｍ、または約４０ｃｍである。いくつかの実施形態では、作動距離は最大で、約０．２ｃｍ、約０．５ｃｍ、約０．７ｃｍ、約０．９ｃｍ、約１ｃｍ、約５ｃｍ、約１０ｃｍ、約２０ｃｍ、約３０ｃｍ、約４０ｃｍ、または約５０ｃｍである。
同軸照明
いくつかの実施形態では、照明信号は画像化経路におけるミラーの孔を通して注入されるため、本明細書のシステム及び方法によって同軸照明及び集光が可能になる。従来のイメージングシステムとは異なり、本明細書のデバイスの同軸照明によって、臓器、臓器の下部構造、標的、組織、及び細胞の可視化が、視認している試料上に影を落とすことなく可能になる。影を回避することは、臓器、臓器の下部構造、標的、組織、及び細胞の画像内での可視光、赤外光、及び近赤外光の両方からの妨害を防ぐのに有用である。さらに、このような影は、組織からの蛍光信号を妨害して偽陰性を生じさせる可能性がある。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法では同軸照明を用いてこの問題を回避する。図３に、別個の照明及びイメージング軸と比べた同軸の照明及びイメージング軸を示す。この特定の実施形態では、同軸照明によって、影を低減することによって組織の可視性が、そして偽陰性（無蛍光）が改善され、その結果、システムによって観察下の組織空洞、臓器、及び臓器の下部構造、標的、組織、または細胞の画像化が改善される。
いくつかの実施形態では、顕微鏡のイメージング軸、本明細書のイメージングシステムのイメージング軸、及び励起軸はすべて、互いに同軸である。いくつかの実施形態では、画像軸及び励起軸は同じ共通軸を共有している。
いくつかの実施形態では、イメージング軸は右眼球軸の中心に位置合わせされているかまたは左眼球軸に位置合わせされていて、その結果、たとえば、右眼球軸または左眼球軸との同心視野が可能になる。代替的に、励起に対応する光ビームは左及び右の対物レンズ間の場所から組織に向かって延びることができ、蛍光カメラのイメージング軸は、励起軸と同軸に、組織からセンサに向かって延びることができる。画像には必ずしも同じ画像サイズが含まれているわけではなく、同じまたは異なる画像サイズが含まれている可能性がある。当業者であれば分かるように、各同軸ビームの中心点を位置合わせすることで、両方のビームが互いの適切な許容範囲内にあって同軸であると考えられるようにすることができる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明する同軸イメージングは、励起軸（たとえば、可視光またはＮＩＲ／ＩＲ）が、イメージセンサ（たとえば、カメラの）のイメージング軸、または本明細書で開示したイメージングシステムの他のイメージング軸（たとえば、左及び右の接眼レンズ及び対物レンズ）と実質的に重なるかまたは実質的に平行であることに対応する。イメージング軸は、可視イメージング及び／または蛍光イメージング（たとえば、ＮＩＲ／ＩＲ光イメージング）に対して構成することができる。たとえば、本明細書で開示したシステムは、１）顕微鏡の接眼レンズを通してユーザが見る画像に対応する可視光に対するイメージング軸、２）蛍光イメージング軸（たとえば、試料から受け取る赤外線またはＮＩＲ光、及び３）試料に送られた励起光ビーム軸を含むことができ、これらはすべて互いに同軸である（すなわち、同じ共通軸を共有するか、または少なくとも本明細書で開示した適切な許容範囲内にある）。
いくつかの実施形態では、実質的に重なるかまたは平行であることは、２本の軸の間の交角が、３０度、２０度、１０度未満であるか、５度未満であるか、２度未満であるか、１度未満であるか、０．１度未満であるか、または０．０１度未満であるか、または約０度であることを含む。実質的に重なることは、互いの許容範囲内で、たとえば、互いの１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２５ｍｍ、または０．１ｍｍ内で同軸であるビームに対応することができる。いくつかの実施形態では、実質的に重なるかまたは平行であることは、２本の軸の間の交角が１０度未満であるか、５度未満であるか、２度未満であるか、１度未満であるか、０．１度未満であるか、または０．０１度未満であるか、または約０度であることを含む。光学系の対物レンズから、画像化している組織までの作動距離は、約数ミリメートル（１ｃｍ未満）（たとえば、内視鏡）から２００〜５００ｍｍ（たとえば、顕微鏡）またはそれ以上（たとえば、オープンフィールドイメージングシステム）の範囲内とすることができる。
いくつかの実施形態では、同軸イメージングには立体イメージングは含まれない。いくつかの実施形態では、本明細書で開示した同軸イメージングは、２つ以上の光路（少なくとも１つは照明用、他の少なくとも１つは画像化用）の重なりを含む。また、いくつかの実施形態では、２つ以上の光路を同軸に位置合わせして、複数の赤外または近赤外波長の同軸可視化を、たとえば２つ以上のフルオロフォア（臓器、臓器下部構造、組織、標的、細胞、または試料を目指し、標的にし、移動し、保持され、蓄積し、及び／または結合し、または送られる）から可能にすることができる。いくつかの実施形態では、２つ以上、３つ以上、４つ以上、または５つ以上のこのような経路が同軸に位置する。いくつかの実施形態では、赤外光または近赤外光を赤外または近赤外光路に沿って試料に送出し、試料から受け取る蛍光を蛍光光路に沿って受け取り、蛍光光路はビームスプリッタにおいて赤外光路と重なる。いくつかの実施形態では、２本の軸の間の交角は、１０度以下、５度以下、２度以下、１度以下、０．１度以下、または０．０１度以下、または約０度を含む。
いくつかの実施形態では、本明細書の同軸イメージングには同心視野が含まれている（必ずしも同じ画像サイズではないが、イメージングシステム（たとえば、顕微鏡、イメージングシステムなど）の中心点は位置合わせされている）。同軸イメージングシステムでは、作動距離が変わってもユーザが知覚できる視差はない。同軸イメージングシステムでは、同軸度の精度のばらつきに起因する画像化シフトは、任意の作動距離において５ｍｍを超えない。いくつかの実施形態では、本明細書のイメージングシステムのイメージング軸は、たとえば内視鏡応用例に関して、右／左眼球軸の中心に位置合わせされている。
迷光をなくす
現在のデバイスの多くには、可視波長及び／または赤外波長の両方を放出することができる蛍光球及び蛍光管などの室内照明に対してシールドする光分離コンポーネントがない。さらに、デバイスによる視覚照明が蛍光励起に干渉する可能性がある。さらに、このようなデバイスには迷光を特性評価するコンポーネントが無いため、それらを暗室で用いて外部光、迷光、周辺光、及び連続波光をなくすかまたは小さくする必要がある。しかし、光分離を用いると、不可視波長、可視波長、赤外波長、またはそれらの任意の組み合わせからの干渉が軽減されることによって画質が非常に改善される。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法によって、可視光及び蛍光の間の干渉がそれらの同期化パターンを通してなくなる。このような同期化では、励起光、または他のシステム光制御のＯＮ／ＯＦＦレートの最適化を用いることができる。
その代わりにまたはそれに加えて、本明細書のシステムではさらに、減衰器として、シールド、フード、スリーブ、光シュラウド、バッフル、またはそれらの任意の組み合わせを含む減衰器を含んで、迷光を遮り、フィルタリングし、または減衰させることができる。物理減衰器によって、このような迷光または周辺光を遮り、フィルタリングし、または減衰させて、本開示の方法及びシステムを改善することができる。減衰器は、図４、図５、図６、図７、及び図１６に記載したシステムのいずれかを含む本明細書のシステムの外部にあることもできるし、それらに取り付けることもできる。
顕微鏡
いくつかの実施形態では、イメージングシステム及び／または本明細書のイメージングシステムは立体視である。いくつかの実施形態では、イメージングシステム及び／または本明細書のイメージングシステムは立体視ではない。いくつかの実施形態では、イメージングシステム及び／または本明細書のイメージングシステムは、外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットである。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステムを、既存の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットと一緒に、それらに加えて、それらと組み合わせて、それらに取り付けて、または組み込んで用いる。いくつかの実施形態では、本明細書の顕微鏡は立体視である。このような典型的な顕微鏡、体外視鏡、内視鏡として、以下のうちの１つ以上を挙げることができる。ＫＩＮＥＶＯシステム（たとえば、ＫＩＮＥＶＯ９００）、ＱＥＶＯシステム、ＣＯＮＶＩＶＯシステム、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯシステム（たとえば、ＰＥＮＴＥＲＯ９００、ＰＥＮＴＥＲＯ８００）、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００システム、ＦＬＯＷ ８００システム、ＹＥＬＬＯＷ５６０システム、ＹＥＬＬＯＷ４００システム、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡシステムＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏシステム（たとえば、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ及びＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ７００）、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏシステム、ＴＲＥＭＯＮ３ＤＨＤシステム、（及び任意の他の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び外科ロボットシステム（Ｃａｒｌ ＺｅｉｓｓＡ／Ｇ製））；ＰＲＯＶｉｄｏシステム、ＡＲｖｉｄｏシステム、ＧＬＯＷ８００システム、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６）、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５）、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４）、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００システム、Ｌｅｉｃａ ＦＬシステム（たとえば、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００）、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ及びＳＰ８システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、及び任意の他の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び、外科ロボットシステム（Ｌｅｉｃａ ＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓまたはＬｅｉｃａ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ製）；Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００システム、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００システム、及び任意の他の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び、外科ロボットシステム（Ｈａａｇ−Ｓｔｒａｉｔ製）；及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットシステム、及び任意の他の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び、外科ロボットシステム（Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ製）。また、いくつかの実施形態では、本明細書の画像化、診断、検出、及び治療方法は、本明細書で説明するシステムを用いて、このような既存の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、外科ロボット、顕微鏡、体外視鏡、または内視鏡（前述したような）と一緒に、これらに加えて、これらと組み合わせて、これらに取り付けて、またはこれらに組み込んで行う。
任意のさらなる外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットシステムを用いることができる。外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットシステムは、たとえば、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ａ／Ｇ、Ｌｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｌｅｉｃａ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ（５−１０００または３−１０００システム）、またはＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ（たとえば、ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットシステム）、またはこのようなシステムの任意の他の製造業者によって得ることができる。
本明細書のシステムを、既存の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットに組み合わせるかまたは統合することは、共同収容するか（全体的または部分的に）、開示したシステムの１つ以上の態様またはコンポーネントを既存のシステムに組み合わせるか、または開示したシステムの１つ以上の態様またはコンポーネントを既存のシステムに統合することによって行うことができる。このような組み合わせは、本明細書で開示するシステム及び方法の他の特徴の中でも、シャドーイングまたはゴースティングを軽減し、共焦点の改善を使用し、同軸イメージングを向上させ、画像鮮明度を増加させ、画像化を最適化し、光路の重なりを可能にし、及び手術ワークフローを改善することができる。さらにこのような組み合わせまたは統合では、ビームスプリッタ、ダイクロイックフィルタ、ダイクロイックミラー、偏光子、減衰器、レンズシャッタリング、フレームレート、もしくは本明細書で開示したシステムの任意の他の特徴、またはそれらの任意の組み合わせを用いることができる。さらにこのような組み合わせまたは統合では、１つ以上のフィルタの漏出性（不完全性）を低減するか、可視光源及び蛍光源のＯＮ／ＯＦＦレートを使用するか、または両方を行うことができる。
さらに、本明細書のシステムの外部の照明（たとえば、顕微鏡から）は非常に明るい可能性があり（たとえば、約３００Ｗ）、これは可視光の強度を蛍光発光の強度と比べたときの差がかなりのものになり得ることを意味する。単一のセンサを用いた実施形態（たとえば、図７Ａに示す）では、これは不利な点となる可能性がある。なぜならば、感度設定を上げる（たとえば、センサのゲインを高くするかまたは露出を長くする）ことによって、可視スペクトルにおいて光が飽和する可能性があるからである。したがって、このように漏れ量が非常に小さいということは、センサ上の高利得（たとえば、Ｓｏｎｙ ＩＭＸ−１７４、１／１．２”センサなど、量子効率＞６０％、ダイナミックレンジ７３ｄＢ）を用いて画像化して可視画像を得ることに対して優位となる可能性がある。またセンサのダイナミックレンジのおよそ半分を占めるように。本明細書で説明するイメージングシステムは、１つまたは２つのカメラのいずれかを用いることができ、可視領域における漏洩光を記録する。ほとんどの光学用途では、システム内で目的どおりに使用されるダイクロイックフィルタ及び他のタイプのバンドパスフィルタを用いて、バンドパス範囲の外側の光（たとえば、ここでは可視光）の１００％を遮り、この遮られた帯域幅がわずかでもフィルタを通って漏出することがないようにする。このようなシステムにおいてダイクロイックフィルタ及び他のバンドパスフィルタを用いる意味は、バンドパス内の光を通すということだけである。しかし、本明細書のシステム及び方法のいくつかの実施形態に適用した場合、フィルタのこの漏出性（不完全性）は優れた機能であり、説明した光学系に可視光が入ることを減らす利点として用いられる。
いくつかの実施形態では、光ガイドは液体光ガイドまたは他の光ガイドである。いくつかの実施形態では、光ガイドをファイバから発散する出力光をコリメートするレンズに結合する。コリメーティングレンズから出たコリメートされた光を次に、励起源光のスペクトル帯域幅をさらに減らすためのレーザクリーンアップフィルタとすることができるバンドパスフィルタに通すことができる。いくつかの実施形態では、光を次に、ディフューザを用いて拡散させる。この拡散光を次に、顕微鏡の視野及び／または手術野の視野にマッチするように組織に照明する。
いくつかの実施形態では、ディフューザは、可視光（ＶＩＳ）の画像視野、近赤外（ＮＩＲ）蛍光または赤外蛍光の画像視野、顕微鏡画像視野、またはそれらの任意の組み合わせに対する照明円錐にマッチするように構成されている。いくつかの実施形態では、ＮＩＲミラー４内の孔のサイズ、形状、及び／または位置は、可視光（ＶＩＳ）のイメージング軸、近赤外（ＮＩＲ）蛍光または赤外蛍光のイメージング軸、顕微鏡イメージング軸、またはそれらの任意の組み合わせにマッチするように設定されている。このような構成によって、手術用顕微鏡の接眼レンズを通して外科医が手術している組織がイメージングシステムによって完全に照明されて取り込まれることが確実になる。
いくつかの実施形態では、外科用顕微鏡の照明経路は本明細書のダイクロイックフィルタ、ホットミラーから独立している。いくつかの実施形態では、図４に関して、ディフューザ１４は、ミラー４内の孔から出る光ビームの形状を決定する。ミラーの外側では励起光のプロファイルは変わらない可能性がある。他の実施形態では、孔のサイズは、特定の角度の円錐内で光を拡散することができるディフューザを選ぶことによって決定される。他の実施形態では、ミラー内の孔のサイズ及び位置は、同軸照明を実現し、それによってイメージング軸がミラー角度に入射し、照明がミラー内の孔を通過するように設定されている。孔サイズは以下のうちの１つ以上によって決定することができる。１）ディフューザに入射するコリメートビームの最終サイズを決定するファイバの開口数（ＮＡ）及び／またはコアサイズ、２）ディフューザ上の特徴サイズ（良好なビーム品質を得るために、最小数の特徴（すなわち、１、２、３、４、または５つの特徴またはそれ以下、１０、１５、２０、２５、３０未満の特徴）を照明することができる）、３）ＮＩＲレンズのｆ／＃及び焦点距離−ＮＩＲ画像化経路を視覚的に妨害すること及びそれに対応して検出器で感度の低下が見られることがないように、最大の孔サイズを直接決定することができる、または４）レーザクラスレベル及び最大の許容される露出は、熱的危険性に対する網膜の領域に基づいており、ディフューザ上でのビームが小さいほど、網膜の背面に照明される領域は小さく、したがって所与の分類に対して、組織におけるレーザパワーも低い（たとえば、レーザ分類として、たとえばＡＮＳＩＺ１３６．１標準（Ｚ１３６．１−２０００）に従う。この標準では、生物学的損傷を起こす可能性に応じて、レーザを４つの大まかな危険クラス（１、２、３ａ、３ｂ、及び４）のうちの１つに割り当てる）。
図４に関して、ダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラー（５）の位置を、試料から得られる可視画像及び赤外線画像が同軸になって、イメージングシステムが可視画像及び赤外線画像をディスプレイ上で重ね合わせることができるように設定することができる。加えて、ダイクロイックフィルタまたはダイクロイックミラー（６）の位置を、顕微鏡の画像視野が、イメージングシステムに取り込まれた可視画像及び赤外線画像と同軸となるように設定することができる。このように位置合わせすることによって、イメージングシステムは、外科医が顕微鏡を通して見る視野と同じものを表示することができる。
いくつかの実施形態では、顕微鏡から出る白色または可視光照明を制御することもストロボからフラッシュすることも、本明細書のイメージングシステムではできない。いくつかの実施形態では、２カメライメージングシステムによって、非多重化画像化経路（たとえば、ＮＩＲ画像及び可視画像が重ね合わされていない）が、それらが時間で逆多重化することができない場合に可能になるため、優位である。いくつかの実施形態では、イメージングシステムによって可視光をストロボからフラッシュして逆多重化することができるため、単一カメラシステムまたは２カメラの両方とも使用できる。いくつかの実施形態では、照明及び周辺光レベルに対して制御が利用できる場合、単一カメライメージングシステムを用いることができる。
いくつかの実施形態では、本明細書の画像システムは、イメージングシステムにサービスを施す（たとえば、マイクロコントローラファームウェアのフィールド再プログラミングを可能にする）ためのハッチを含む。いくつかの実施形態では、ハッチはイメージングシステムのヘッド上に配置されている。いくつかの実施形態では、ハッチは背面パネル上に配置されている。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法によって生成した画像（たとえば、図１Ｂ及び図１０Ａ〜図１０Ｃ）を別個のモニタ上に表示する。いくつかの実施形態では、外科医は、表示する画像の種類を選ぶことができる。可視光画像とともに蛍光画像をその上にオーバーレイする；または可視光画像を疑似カラー（たとえば、灰色または赤色）で表示し、蛍光画像を異なる疑似カラー（たとえば、緑色がかった青（青色＋緑色））で表示して、高コントラストを実現する一方で、周囲の非蛍光組織の状況を維持する。いくつかの実施形態では、可視画像のみまたは蛍光画像のみを表示することができる。いくつかの実施形態では、異なる表示種類の画像を並べて配置して表示することができる。いくつかの実施形態では、画像ディスプレイはモニタに限定されない。いくつかの実施形態では、画像またはビデオは、外科医の顕微鏡、または拡張現実メガネ、仮想現実メガネに同じように容易に表示することもできるし、ロボット手術などの応用例に対して遠隔に表示するために用いることもできる。
いくつかの実施形態では、赤外線またはＮＩＲフレームの準備ができていない場合、可視フレームはメモリ／バッファから１つ以上の以前のＮＩＲフレームを取り出すことができる。
非限定的で典型的な実施形態では、本明細書のシステム及び方法は２つのカメラを含む。いくつかの実施形態では、システムは可視フレーム及びＩＲまたはＮＩＲフレームの両方を、たとえ取込みレートが同じでなくても、同時に表示することができる。いくつかの実施形態では、組織は励起源の光によって励起される場合、赤外線カメラは組織から発生した蛍光を取り込む。いくつかの実施形態では、励起源の光は、図９からわかるように、連続的に「ＯＮ」しているわけではない。励起源の光は、デジタル処理デバイスを用いて、高速でターンオン／オフすることもできるし、自動的にまたは手動でストロボからフラッシュすることもできる。いくつかの実施形態では、励起源の光を機械的手段（たとえば、シャッタまたはフィルタホイール、電子式可変光減衰器（ＥＶＯＡ）、または光「チョッパ」、または偏光子の組み合わせ）を用いて、オン／オフで変調することができる。いくつかの実施形態では、カメラの各フレームの取り込みと同期させる。励起源がＯＮまたはＯＦＦである時間を動的にリアルタイムで制御することができる。典型的な実施形態では、励起源がＯＮであるのは、ＮＩＲフレーム（すなわち、赤外線カメラに取り込まれるフレーム）に対して、１〜１０、１〜２、１〜４、１〜５、１〜６、１〜８、１〜２０、１〜５０、１〜６０、１〜１００、または他の任意のフレーム範囲である。励起光を前述したフレーム（暗フレーム）の１つに対してターンオフすることができる。暗フレームは励起源がＯＦＦのときであり、センサ／カメラには、組織から出た光ではなく通常は手術室または他の画像化環境の迷光であるすべての光が取り込まれる。いくつかの実施形態では、暗フレームをすべてのＮＩＲフレームから差し引きして、周囲光または迷光からアーチファクトを除去する。その後、この特定の実施形態では、すべての第１のフレームを足して、単一フレームとして表示する。いくつかの実施形態では、本明細書のこのような画像フレーム処理（差し引き及び／または足すこと）によって、ユーザはフレームキャプチャを非常に良く制御することができる。１つの典型的な実施形態では、４フレームのＮＩＲ画像が１暗フレームに対応する（図９）。他の実施形態では、１以上のＮＩＲフレームのうちの任意の数に続いて１暗フレームを設けることができる。
いくつかの実施形態では、可視（ＶＩＳ）励起及びＮＩＲ励起を同じ広帯域光源で起こす。図１６に示すのは、イメージングシステムの外部にある代替的な照明経路である。システムは、広帯域光源、ＡＲコーティングされた広帯域フィルタ、第１のショートパスフィルタ、第２のショートパスフィルタ、第１のショートパスフィルタ、第２のショートパスフィルタ、第１のフィルタ、第２のローパスフィルタ、偏光子、可変フィルタ、ＮＩＲミラー、ＶＩＳレンズ、ＮＩＲレンズ、ＶＩＳセンサ、ＮＩＲセンサ、及びＰＣマザーボードを含むことができる。
図６に示すように、広帯域光源から出た光は窓を通して送られ、第１のショートパスフィルタによって方向を変えられ、さらに第２のショートパスフィルタ及びＮＩＲミラーによって方向を変えられる。そして光は、第１のローパスフィルタ、ＮＩＲレンズ、第２のローパスフィルタを通って、ＮＩＲセンサに達する。さらに、反対側の照明は、窓を通過して第１のショートパスフィルタに至る。反対側の照明の一部は、第１のショートパスフィルタを通過して第１のショートパスフィルタに至る。また反対側の照明の一部は、第１のショートパスフィルタによって方向を変えられて、第２のショートパスフィルタに至り、第２のショートパスフィルタ、偏光子、及びＶＩＳレンズを通過して、ＶＩＳセンサに達する。本明細書のシステムのコンポーネントの位置付け及び結合を、留め具（たとえば、ネジ、ナット及びボルト、クランプ、万力、接着剤、バンド、結び用ひも、またはそれらの任意の組み合わせなど）を用いて行うことができる。ＶＩＳセンサ及びＮＩＲセンサは次に、受信光に基づいてＰＣマザーボードと通信することができる。ＶＩＳセンサ及びＮＩＲセンサはＰＣとの通信を、ＵＳＢ３ケーブル、シリアル同軸ケーブルたとえばＣｏａＸＰｒｅｓｓ、光ファイバ、シリアルケーブル、ＵＳＢ Ｃケーブル、パラレルケーブルたとえばＣａｍｅｒａ Ｌｉｎｋ、またはそれらの任意の組み合わせを介して行うことができる。
窓はダスト粒子及び他の異物からの保護として機能することができる。窓を十分に透明にして、すべてのまたはほとんどの波長を通すことができる。窓は反射防止コーティングを有することができる。窓はフィルタを有することができる。フィルタは広帯域フィルタとすることができる。いくつかの実施形態では、窓はＡＲコーティングされた広帯域フィルタである。さらに、この窓は、蛍光帯域の波長を放出する他の周囲システムによる干渉を減らすノッチフィルタリングを含むことができる。
いくつかの実施形態では、第１のショートパスフィルタと第２のショートパスフィルタの少なくとも一方は、ダイクロイックフィルタ、干渉フィルタ、ホットミラー、または誘電体ミラーを含む。このようなフィルタとしては、誘電体ミラー、ホットミラー（誘電体ミラーの種類）、干渉フィルタ（たとえば、ダイクロイックミラーまたはフィルタ）を挙げることができる。いくつかの実施形態では、システムには第２のショートパスフィルタは含まれていない。第１のショートパスフィルタと第２のショートパスフィルタを一致させることができ、両フィルタが同じ波長帯域を通過させることができる。第１のショートパスフィルタと第２のショートパスフィルタを一致させないことができ、両フィルタは異なる波長帯域を通過させることができる。異なる波長帯域は重なることも重ならないこともある。第１のショートパスフィルタと第２のショートパスフィルタの少なくとも一方を特注とすることもできるし、市販のフィルタから選ぶこともできる。いくつかの実施形態では、第２のショートパスフィルタには、フィルタを過ぎた後の透過光のパワーモニタリングが含まれている。１つ以上のフォトダイオードまたはフォトダイオードのアレイを用いて、ビーム形状及び／またはビームパワーをモニタリングすることができる。他の実施形態では、ホットミラーの背後にフォトダイオードを配置して、光がホットミラーを透過できるようにする。
いくつかの実施形態では、偏光子は、吸収型偏光子、ビーム分割型偏光子、複屈折偏光子、ニコルプリズム、ウォラストンプリズム、薄膜偏光子、ワイヤグリッド偏光子、円偏光子、直線偏光子、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
いくつかの実施形態では、可変フィルタは、減衰器、交差偏光子、フィルタホイール、液晶、光チョッパ、またはシャッタ、または任意の他の光学部品であって、所望の波長の光を能動的に選択するかまたは透過させる／遮るものを含む。可変フィルタは、ある波長帯域を選択的に遮るかまたは減衰させる一方で、別の波長帯域を透過させる。可変フィルタは、ＮＩＲ蛍光信号を不明瞭にすることなく、必要に応じて可視光を選択的に遮るかまたは薄暗くする。いくつかの実施形態では、システムには可変フィルタは含まれていない。
いくつかの実施形態では、ＮＩＲミラーは、誘電体ミラー、銀ミラー、金ミラー、アルミニウムミラー、ホットミラー、またはそれらの任意の組み合わせを含む。ＮＩＲミラーはダイクロイックミラーを含むことができる。ＮＩＲミラーはコーティングされたミラーを含むことができる。ＮＩＲミラーは、ＮＩＲミラーの背後からくるレーザを透過させる孔を含むことができる。ＮＩＲミラーは、蛍光信号を反射する一方で励起波長（複数可）を透過させるフィルタを含めて、光学部品の物理的な孔をなくすことができる。さらに、ＮＩＲミラーでは、光学部品の異なる領域に異なるコーティングを適用して、蛍光信号に対する反射領域を最適化する一方で、励起波長（複数可）を透過させる「孔」に必要な領域を最小限にすることができる。透過用の小さい領域を、１つ以上の波長で最大透過が得られる一方で、依然として蛍光帯域でかなりの反射が行えるように最適化する。
いくつかの実施形態では、ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方は固定焦点距離レンズを含む。ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方の焦点距離を約１０ｍｍ〜約７０ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方は３５ｍｍレンズを含む。代替的に、ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方は可変焦点距離を含む。レンズのサイズはシステムの視野と直接相関する可能性がある。レンズのサイズによってセンサの最適なサイズを決定することもできる。ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方は固定Ｆ値を有することができる。代替的に、ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方は可変Ｆ値を有することができる。ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズは同じＦ値を有することができる。ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズは異なるＦ値を有することができる。ＶＩＳレンズはＮＩＲレンズよりも大きなＦ値を有することができる。ＮＩＲレンズはＶＩＳレンズよりも大きなＦ値を有することができる。ＶＩＳレンズ及びＮＩＲレンズの少なくとも一方のＦ値を約０．５〜約１１とすることができる。１つの典型的な実施形態では、ＶＩＳレンズのＦ値は約５．６で、ＮＩＲレンズのＦ値は約１．６５である。場合によっては、Ｆ値が大きい方が高い画質を得ることができる。場合によっては、Ｆ値が低いほうが高い画質を得ることができ、これはＶＩＳまたはＮＩＲレンズにより高いＦ値またはより低いＦ値をそれぞれ適用する適用性に依存する。ＮＩＲ及びＶＩＳレンズの一意のｆ／＃によって、フォーカスを維持しながら、システムのずれ及び最適化を可能にすることができる。ＮＩＲ及びＶＩＳレンズに施す反射防止コーティングを同じ広帯域コーティングとすることもできるし、ＮＩＲまたはＶＩＳ透過に対して別個に最適化することもできる。任意的に、ＮＩＲ及びＶＩＳレンズの両方を、ＶＩＳ及びＮＩＲに対してそれぞれ具体的に色補正することもできるし、ＶＩＳ及びＮＩＲ補正の両方に対して最適化して体積及びコストを減らすこともできる。
いくつかの実施形態では、ＶＩＳセンサ及びＮＩＲセンサの少なくとも一方は、可視センサ、相捕型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、または電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを含む。いくつかの実施形態では、ＶＩＳセンサ及びＮＩＲセンサの少なくとも一方は、ＩＭＸ１７４センサ、ＣＭＶ２０００センサ、またはＩＭＸ１３４センサ、高解像度背面センサ、または携帯電話センサを含む。いくつかの実施形態では、ＶＩＳセンサ及びＮＩＲセンサの少なくとも一方は、市販のカメラ内のコンポーネントを含む。センサの画素サイズ及び形状因子は、システムに要求される光学体積及び視野によって決定することができる。センサの画素サイズ及び形状因子はシステム設計仕様によって進めることができる。他の実施形態では、任意のＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ（完全なカメラとしてまたは基板レベルで動作する）を画像形成ステーションにまたはデータ伝送の前に組み込むことができる。このような処理を、ＦＰＧＡを介してまたは他の手段によってイメージングヘッドに形成することができる。またＶＩＳカメラは、ＲＧＢ色情報をデコードするためにＢａｙｅｒフィルタモザイクまたは他のカラーフィルタアレイを含むことができる。さらにカラーフィルタアレイは、画素センサアレイ以上にさらにエンコーディングを行うための蛍光帯（複数可）を含むことができる。センサの他の例としては、背面照明型センサ、複数のセンサアレイ（フィルタアレイありまたはなし、たとえば白黒）、または冷却されたアレイを挙げることができる。場合によっては、ＮＩＲセンサはモノクロセンサである。場合によっては、ＮＩＲセンサはカラーフィルタアレイを有している。さらなるデザインは、異なる蛍光帯（複数可）を選択するかまたは他の放出デバイスからの干渉を減らすフィルタアレイを含むことができる。さらに、ＶＩＳカメラに位置合わせし、解像度を高め、及びスペクトル情報をデコードするために、特定の画素をフィルタリングすることができる。
いくつかの実施形態では、ＰＣマザーボードには市販のＰＣマザーボードが含まれている。一例では、市販されているのは、ＰＣ ＡＳＵＳ ＲＯＧ ＳＴＲｉＸ Ｚ３７０−ＧマイクロＡＴＸマザーボード、またはＭＳＩ Ｐｒｏ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｌ １７０Ａ ＬＧＡ １１５１ＡＴＸマザーボードである。
いくつかの実施形態では、広帯域光源は、可視からＮＩＲスペクトルまでを放出し、キセノンランプ、キセノンバルブ、ＬＥＤ光、レーザ、ハロゲンランプ、ハロゲンバルブ、太陽光、蛍光照明、またはそれらの任意の組み合わせである。広帯域光源は、バランスされた白色光を出すように構成されていなければならず、検出可能な蛍光を放出するためにフルオロフォアの吸収帯において十分なパワーを有していなければならない。場合によっては、広帯域光源をフィルタリングしない。場合によっては、広帯域光源を遮らない。広帯域光源はむき出しとすることも、遮られていないとすることも、または無制御とすることもできる。場合によっては、広帯域光源にはシャッタもフィルタも含まれていない。このような広帯域光源とともに本開示のシステム及び方法のどれかを用いることができる。たとえば、図４、図５、図６、図７、及び図１６に示すシステムである。他の実施形態では、広帯域光源をフィルタリングするかもしくはシャッタを閉め、またはそうでなければ種々の画像を取り込むために光源からの入出力を同期させる。たとえば、フィルタまたはシャッタ内の光学部品によって、結果としてのＶＩＳ及びＮＩＲ照明が同軸で、同じ視野内にあることが確実になる。このようなフィルタリングされるかまたはシャッタが閉められる広帯域光源とともに、本開示のシステム及び方法のどれかを用いることができる。たとえば、図４、図５、図６、図７及び図１６に示すシステムである。
いくつかの実施形態では、このようなフィルタリングされるかまたはシャッタが閉められる広帯域光源としては、フィルタ、フィルタホイール、電子式可変光減衰器（ＥＶＯＡ）、光「チョッパ」、偏光シャッタ、モジュレータを挙げることができる。このようなフィルタリングすることまたはシャッタを閉めることによって、広帯域光源から出た光のうち特定の波長のみを通過させることができる。このようにフィルタリングすることまたはシャッタを閉めることによって、画像フレームを次のいずれかとしてコード化することができる。１）ＮＩＲのみ、可視光は放出されないが、吸収帯内の不可視光は通過する、２）可視のみ、吸収帯の内側は最小である、または３）迷光または周囲光のみ（シャッタまたは「オフ」）。このような実施形態では、光源をイメージングシステムの外部に配置することができる。このような実施形態では、光源を手術用顕微鏡の内部に配置することができる。このような実施形態では、光源を次のいずれかと同期させることができる。イメージングシステム同期ＯＵＴ、光源同期ＩＮ、イメージングシステム同期ＩＮ、光源同期ＯＵＴ、またはそれらの任意の組み合わせ。いくつかの実施形態では、フィルタリングされた光とカメラフレームキャプチャとの間の同期化には、マスタ／スレーブ関係を含めることができる。このような場合には、光源は、光源の前方のフィルタに基づくマスタとして働くことができる。このような場合には、光源は、シャッタ状態（たとえば、ＯＮ／ＯＦＦ、同期ＩＮ／ＯＵＴなど）に基づくマスタとして働くことができる。このような場合には、光源はカメラに信号を送ってフレームキャプチャを開始及び停止させることができる。代替的に、照明パターン図９に関して、カメラに取り込まれた各フレームを、プロトコルを介して光源／フィルタ／シャッタに伝送することができる。プロトコルには、ＴＴＬ（トランジスタトランジスタロジック）を含めることができる。この配置は図４〜図６及び図７に示す光学設計で実施することもできる。この配置はさらに、図１６に示す照明経路軸の配置に対して実施することができる。全般的に、可視画像及び蛍光画像は多くの取得方式（たとえば、１カメラ方式または２カメラ方式）で取り込むことができる。
他の実施形態では、ＶＩＳ励起及びＮＩＲ励起を、ガス放電ランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、レーザ、またはそれらの任意の組み合わせによって起こす。場合によっては、このような広帯域励起源はフィルタリングせず、遮ることもしないで、広帯域励起源がむき出しで、遮られておらず、無制御となるようにする（すなわち、シャッタもフィルタも含まれていない）。このような広帯域光源とともに本開示のシステム及び方法のどれかを用いることができる。たとえば、図４、図５、図６、図７及び図１６に示すシステムである。
いくつかの実施形態では、システムはさらに、フィルタ、バンドパスフィルタ、フィルタホイール、電子式可変光減衰器（ＥＶＯＡ）、光「チョッパ」、偏光子シャッタ、モジュレータ、またはそれらの任意の組み合わせが含み、広帯域光源からのＶＩＳ励起波長及びＮＩＲ励起波長を選択的にフィルタリングする。たとえば、フィルタホイールはショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ、または両方を有していてもよい。ショートパスフィルタによって、可視照明を通過させる一方で、ＩＲ波長を遮ることができる。代替的に、ロングパスフィルタによって、ＩＲ波長を通過させる一方で可視波長を遮ることができる。また、ショートパスフィルタを中性濃度（ＮＤ）フィルタとともに用いて、ＩＲ光を遮り、広帯域励起源からのＶＩＳ及びＮＩＲを両方とも通過させることができる。このような広帯域励起源とともに本開示のシステム及び方法のどれかを用いることができる。たとえば、図４、図５、図６、図７及び図１６に示すシステムである。場合によっては、ＶＩＳ励起波長及びＮＩＲ励起波長をすべて遮ることができる。システムは、ＮＩＲチャネル及びＶＩＳチャネルを解読することができない単一カメラを用いる。ＶＩＳ励起波長及びＮＩＲ励起波長をすべて遮ることによって、光点滅が生じて、外科医の気を散らす可能性がある。いくつかの実施形態では、システムにはフィルタ、光／カメラとの同期、または両方が含まれていない。このような場合には、システムによって迷光が放出される可能性がある。
広帯域光源は、検出しているフルオロフォア源または組織または細胞に応じて、「現状のままで」用いることもできるし、シャッタが閉められたまたはフィルタリングされた広帯域光源として用いることもできる。ビームまたは検出経路を形成する照明光学部品を、顕微鏡の視野（ＦＯＶ）に基づいて最適化または選択することができる。
いくつかの実施形態では、システムはさらに、イメージングヘッドストレインリリーフを含む。イメージングヘッドストレインリリーフは、イメージングヘッド、イメージングヘッドのケーブル、または両方に取り付けることができる。イメージングヘッドストレインリリーフは、２部分コンポーネントを含むことができる。イメージングヘッドストレインリリーフは、イメージングヘッドの製造中に既存の終端ケーブル上に設けられるクランプを含むことができる。イメージングヘッドストレインリリーフは、イメージングヘッドの製造中に既存の終端ケーブル上に設けられるスリーブを含むことができる。イメージングヘッドストレインリリーフを３Ｄプリントすることができる。イメージングヘッドストレインリリーフは市販のストレインリリーフを含むことができる。イメージングヘッドケーブルの周りのスリーブを用いて、市販または特注のストレインリリーフのグリップを増やすことができる。スリーブは、ゴム、シリコーン、プラスチック、木材、カーボンファイバ、ファイバーグラス、熱可塑性エラストマー、織物、他のポリマー、またはそれらの任意の組み合わせで形成することができる。
イメージングヘッドストレインリリーフはさらに、イメージングヘッドストレインリリーフがイメージングヘッドケーブルに沿って平行移動することがないように構成されたストップを含むことができる。代替的に、イメージングヘッドケーブルは一体化されたストレインリリーフを含むことができる。イメージングヘッドケーブルは、設定された屈曲評価を有することができる。ストップは、グロメット、ネジ、結び用ひも、クランプ、紐、接着剤、Ｏリング、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。イメージングヘッドストレインリリーフは、イメージングヘッドの平行移動、顕微鏡の平行移動、または両方の間に顕微鏡のケーブルに対して結合することを防ぐか、最小限にするか、または防いで最小限にするように構成することができる。ケーブル損傷を防いでコンポーネント寿命を延ばすために、イメージングヘッドストレインリリーフを、画像ヘッドケーブルのねじれを可能にして制限するように構成することができる。ストレインリリーフの内面を滑らかにして、ケーブルを穿刺することがないようにすることができる。スコープヘッドの自動平衡によって、イメージングヘッドストレインリリーフのさらなる重量に適応することができる。
パッシブ銅またはアクティブ銅ではなくて光シリアル通信を用いて、カメラの１つ以上からのＵＳＢデータを伝送することができる。光シリアル通信では通常、柔軟性を高くしてケーブル長を長くすることができる。さらなる実施形態では、このようなケーブルによって電気伝送、光伝送、または両方を可能にすることができる。加えて、フォーカスステージ用の直角で高屈曲性のパッシブケーブルを含めることができる。イメージングヘッドはロッキングキーを含むことができる。ロッキングキーを、イメージングヘッドを顕微鏡上に確実にロックするように構成することができる。何らのツールも必要とすることなく、ロッキングキーを、イメージングヘッドを顕微鏡上に確実にロックするように構成することができる。ロッキングキーを、ラニヤードを介してイメージングヘッドに永続的に固定して、ヘッドを所定の位置にロックすることなくヘッドをスコープに固定してしまうことを防ぐことができる。カメラセンサとレンズアセンブリとの間で迷光シュラウドまたはバッフルを用いることができる。カメラセンサをレンズ（固定されている）に対して動かすことによって光学系をフォーカスする。これは、センサとレンズとの間にオープンギャップが必要であり、これは特に、イメージングヘッドエンクロージャ内のわずかな迷光の影響も受けやすい。単純な同心管デザインを構成した。一方の管をカメラＣマウント上にネジで留めて、他方の管をレンズサポート上にネジで留める。表面に高吸収性塗料を塗布し、センサがフォーカス範囲の最大程度にあるときでも表面は重なっている。他の実施形態では、シールド、フード、スリーブ、光シュラウド、バッフル、または他の物理減衰器であって、このような迷光または周辺光を遮り、フィルタリングし、または減衰させて、本開示の方法及びシステムを改善するものを含めることができる。このようなシールド、フード、スリーブ、光シュラウド、バッフル、または他の物理減衰器は、本開示のシステムの外部に設けることも、それに取り付けることもできる。
センサとレンズとの間のギャップ（カメラセンサを固定レンズに対して動かすことによってシステムをフォーカスするのに必要である）を通して、迷光がイメージングヘッドエンクロージャ内に偶発的に入る可能性がある。たとえば、図４、図５、図６、図７、及び図１６ならびに本開示の全体にわたって記載されるシステムのいずれかを、前述したようにまたは本開示の全体にわたって用いて、迷光または周辺光に関連する問題をなくすことができる。したがって、システムはさらに、カメラセンサとレンズアセンブリとの間に設けられた光シュラウドを含むことができる。光シュラウドは、トレイ、カバー、バッフル、スリーブ、フード、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。光シュラウドは、このような迷光または周辺光を遮り、フィルタリングし、または減衰させて、本開示の方法及びシステムを改善することができる。光シュラウドは、本開示のシステムの外部に設けることも、それに取り付けることもできる。光シュラウドは、本開示のシステムの内部に設けることも、その内部に一体化することもできる。いくつかの実施形態では、光シュラウドは第１の管及び第２の管を含む。第１の管はカメラに取り付けられ、第２の管はレンズサポートに取り付けられている。第１の管及び第２の管は同心とすることができる。第１の管及び第２の管は、センサがフォーカス範囲の最大程度にあるときに重なることができる。光シュラウドをカメラに、カメラのｃマウントを介して取り付けることができる。光シュラウドを、第１の管、第２の管、または両方に、留め具を介して取り付けることができる。留め具は、接着剤、ネジ、ボルト、ナット、クランプ、紐、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。光シュラウドの表面に高吸収性塗料を塗布することも、表面をそれで形成することもできる。迷光をなくすかまたは減らすために、任意の数の材料及び種類のシールド、フード、スリーブ、光シュラウド、バッフル、または他の物理減衰器を用いることができる。
本明細書のシステムはさらにフォトダイオードを含むことができる。本明細書のシステムはさらに複数のフォトダイオードを含むことができる。フォトダイオードはレーザを連続的にモニタリングして、パワー不足及びパワー過剰事象の両方の場合に、レーザに対するインターロックを直接作動させることができる。フォトダイオードは、ディフューザ故障を示す可能性があるビーム形状の不一致を検出することができる。フォトダイオードは、レーザビーム経路内の１つ、２つ、３つ以上の場所に配置することができる。フォトダイオードはディフューザの前に配置することができる。フォトダイオードをディフューザの後に配置して、ディフューザ故障を示す可能性があるビーム形状不一致を検出することができる。レーザ分類には、ディフューザの特定のレーザビームスポットサイズが必要である。ビームスポットサイズが大きいほど、安全な放出レベルを維持しながら高いレーザパワーを得ることが可能になり、一方で、ビームスポットサイズが小さいほど、ビームを画像化経路内に送るために及び蛍光に対する感度を上げるために避けられない障害が減る。バッフルによって反射または迷光を減らす。顕微鏡ＶＩＳ光が反射してＶＩＳカメラ内に戻るのを防ぐためにダイクロイック上の三日月状のバッフルを含む。他のバッフルによって励起反射を減らす。図４に示すシステムでは、異なるｆ値の対物レンズを用いることができる。ＮＩＲ感度を最適化すると、可視カメラ画像における被写界深度を大きくすることができる。さらに、このような構成によって、光学体積を減らしてレンズコストを下げることができる。ＮＩＲ解像度要求を可視光と比べて低くすることができ、４００〜１０００ｎｍの色補正は必要ではない。いくつかの実施形態では、システムＮＩＲ解像度はＶＩＳ解像度以下である。このように解像度が低いことで、体積の最適なデザインを可能にすることができる。典型的に、ＶＩＳ光はＮＩＲ光またはＩＲ光よりも大量にあるため、ＮＩＲ、ＩＲ、または他の範囲の光の光子の取り込みを最大にしてＮＩＲ、ＩＲ、または他の信号対雑音比をそれぞれ良好にするように、システムをデザインすることができる。ＮＩＲ信号対雑音比を上げることは、多くの方法で、たとえばＮＩＲセンサの解像度を下げることによって行うことができる（すなわち、解像度が低いセンサを用いることで、ＮＩＲ光子の収集が最適になる画素サイズが大きくなり、効率が上がる（信号対雑音がより良好になる）。代替的に、口径の大きいレンズ（Ｆ値が小さい）を用いてＮＩＲ信号対雑音比を上げることができる。通常、このような実施形態ではＮＩＲ解像度をＶＩＳ解像度以下とすることができるが、ＮＩＲセンサが十分に高感度であるならば、使用する画素サイズを小さくすることができ、それでも十分なＮＩＲ信号対雑音比を得ることができる。結果として、いくつかの実施形態では、システムＮＩＲ解像度はＶＩＳ解像度よりも大きい。焦点距離及びＦ値がさらにシステムのＮＩＲ解像度またはＶＩＳ解像度に影響する可能性があり、このようなことは相応に調整及び最適化できるということが理解される。本明細書のシステムではさらに、バッフル、フード、または両方をディフューザに取り付けることができる。バッフル、フード、または両方によって、ノッチフィルタまたはＬＰフィルタ（カメラレンズ上）が受け取る迷光を減らすことができる。スコープからのＶＩＳ光に対するバッフルは月形を有することができる。バッフル、フード、または両方によってさらに、トップハットのディフューザプロファイルのロングテールが大きな入射角でカメラレンズ上のフィルタに照明されてフィルタを透過し、それによって迷光が画像化検出器に達する可能性があることが防がれる。急峻なフィルタでは入射角の大きなばらつきに適応できないため、フィルタへの入射角を小さくする必要がある。
本明細書のシステムはさらに、顕微鏡を伴わないイメージングヘッドを使用できるように構成された生体外ドッキングステーションを含むことができる。生体外ドッキングステーションは、安全に画像化できるようにまた可視照明及びＮＩＲ照明を制御できるように、エンクロージャとは別個のオプトメカニカルタブ／トレイ／フレームを含むことができる。生体外ドッキングステーションによって、一例では参照標的を決定するために、画像化を制御することができる。イメージングヘッドに入る流体の体積を減らすクリーニング可能性を得るために、生体外ドッキングステーションの上部窓、下部窓、または両方をシールすることができる。
本明細書のシステムはさらにドレープを含むことができる。ドレープは、顕微鏡ヘッドの内部を無菌に保つためにその少なくとも一部を囲むように構成することができる。ドレープは、試料を視認するための透明窓を含むことができる。ドレープは、現在の手術室ドレーピングシステムと適合させることができる。
場合によっては、顕微鏡上のイメージングヘッドはさらに、フランジ、リブ、ガイド（顕微鏡にヘッドを簡単かつ正確に取り付けることができるように構成されている）のうちの１つ以上が含む。場合によっては、顕微鏡上のイメージングヘッドの形状、輪郭、または両方は、イメージングヘッド及び顕微鏡を取り付けるときに滑らかに統合できるようにまたケーブル干渉を最小にできるようになされている。場合によっては、イメージングヘッドはさらに、顕微鏡にイメージングヘッドを適切に接続することについて説明または注釈を付けるための矢印、記号、テキストまたはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。矢印、記号、テキストまたはそれらの任意の組み合わせはイメージングヘッドに接着することもできるし、直接機械加工することもできる。さらなる実施形態では、イメージングヘッド、イメージングケーブル、または両方の形状を、動きが効率的になるようにまたドラッグが減るように構成することができる。さらに、イメージングヘッドは、デバイスの滑らかな動作及び清浄度を維持するのを助けるスコープに対するヘッドの接続部（たとえば、上部／下部窓）のシール性を高めるシールを含むことができる。
いくつかの実施形態では、システムは２つ以上のＮＩＲ表示器を含む。いくつかの実施形態では、あるＮＩＲ表示器はデバイスの前面にあり、別のＮＩＲ表示器はデバイスの底部にある。いくつかの実施形態では、顕微鏡上にヘッドが挿入されたときに反対側の照明は自動的に無効になる。蛍光を用いずに試料を視認するために、顕微鏡照明によって生じる任意の蛍光から暗フレームを差し引くことができる。暗フレームは、機械的、電子的、または画像処理ソフトウェアによって適用することができる。本明細書のシステムは、外科手術中に形成される組織の谷部分、凹部分、及び不均一な表面内に影が形成されるのを防ぐ第２の照明源を含むことができる。しかし場合によっては、第２の照明源は定期的に薄暗くするかまたはターンオフして、さらなる光学部品との干渉を防ぐ。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法は、可視信号及びＮＩＲ信号またはＩＲ信号の両方を検知するように構成されたＶＩＳ／ＮＩＲカメラまたはＶＩＳ／ＩＲカメラのみを含む。いくつかの実施形態では、可視信号及びＮＩＲ信号またはＩＲ信号に対する感度は異なっている。いくつかの実施形態では、両方のカメラは単一ステージ上にある。いくつかの実施形態では、両方のカメラは同じ領域を見ていて一緒にフォーカスする。いくつかの実施形態では、両方のカメラの視野、アパーチャ、焦点距離、被写界深度、または他の任意のパラメータは同一である。いくつかの実施形態では、両方のカメラの視野、アパーチャ、焦点距離、被写界深度、または他の任意のパラメータは同じではない（たとえばアパーチャ）。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法はＮＩＲまたはＩＲカメラのみを含む。いくつかの実施形態では、可視フレーム、トリガーフレーム（またはＮＩＲフレームもしくはＩＲフレーム）、及び暗フレームの取り込みを同じ順序とすることができる。いくつかの実施形態では、励起源及びノッチフィルタのさらなる対（複数可）を設けて、供給源に異なる励起波長を照明することができる。たとえば、フレーム１、２、３、４、及び５（各フレームが異なる波長によって励起されるように−たとえば、フレームごとに異なるフルオロフォアを励起し、また１つは可視（白色）及び１つは暗フレームである）、したがって、１、２、３、４、及び５の順序によって、単一フレーム内の３つの異なるフルオロフォアを同時に（及び１つは白色、１つは暗）可視化することができる。この柔軟性により、任意の数のフレーム及びフルオロフォアを画像化して、（たとえば、同じ分子上で及び／またはテストしている同じ試料内で）異なる波長で放出している複数のフルオロフォアを検出することができる。したがって、本明細書のシステム及び方法はＮＩＲフルオロフォアである色素に適用されるだけでなく、光を発する種々の供給源（たとえば、緑色、赤色、及び赤外波長を放出する色素）にも適用される。たとえば、ペプチドに接合することができる種々の色素を、本明細書のシステム及び方法を用いて画像化することができる。いくつかの実施形態では、試料をどのように（たとえば、正常組織内の非特異的色素を用いてまたは用いずに（コントラスト）、臓器、臓器下部構造、組織、標的、細胞、または試料を目指し、標的にし、移動し、保持し、蓄積され、及び／または結合し、または送られる標的分子上の異なる色素を用いて）画像化できるかを、本明細書のシステム及び方法を用いて、調整またはテストすることができる。
本明細書のシステム及び方法を用いて、臓器、臓器下部構造、組織、標的、細胞、または試料内の自己蛍光を検出することができる。また本明細書のシステム及び方法を用いて、臓器、臓器下部構造、組織、標的、細胞、または試料を目指し、標的にし、移動し、保持され、蓄積し、及び／または結合し、または送られるフルオロフォアを検出することができる。これは、このようなフルオロフォアが単独であろうと、化学薬品または他の部分、小分子、治療用剤、薬剤、化学療法剤、ペプチド、抗体タンパク質または前述のフラグメント、及び前述の任意の組み合わせに接合され、融合され、連結され、または他の方法で取り付けられていようと可能である。たとえば、フルオロフォアは波長が６５０ｎｍ〜４０００ｎｍの電磁放射線を放出する蛍光剤であり、このような放出を用いて臓器、臓器下部構造、組織、標的、細胞、または試料内のこのような薬剤を検出することを、本明細書のシステム及び方法を用いて行う。いくつかの実施形態では、フルオロフォアは、本開示における結合分子（または分子の各クラス）として用いることができる蛍光色素の以下のような非限定的な例からなる群から選択される蛍光剤である。たとえば、ＤｙＬｉｇｈｔ−６８０、ＤｙＬｉｇｈｔ−７５０、ＶｉｖｏＴａｇ−７５０、ＤｙＬｉｇｈｔ−８００、ＩＲＤｙｅ−８００、ＶｉｖｏＴａｇ−６８０、Ｃｙ５．５、またはインドシアニングリーン（ＩＣＧ）及び前述のものの任意の誘導体。いくつかの実施形態では、近赤外色素は多くの場合にシアニン色素を含む。本開示における結合分子として用いる蛍光色素のさらなる非限定的な例としては、以下が挙げられる。アクリジンオレンジまたはイエロー、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ及びその任意の誘導体、７−アクチノマイシンＤ、８−アニリノナフタレン−１スルホン酸、ＡＴＴＯ色素及びその任意の誘導体、オーラミンローダミン染色及びその任意の誘導体、ベンサントローン、ビマン、９−１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン、５，１２−ビス（フェニルエチニル）ナフタセン、ビスベンズイミド、ブレインボー、カルセイン、カルボキシフルオレセイン及びその任意の誘導体、１−クロロ−９，１０−ビス（フェニルエチニル）アントラセン及びその任意の誘導体、ＤＡＰＩ、ＤｉＯＣ６、ＤｙＬｉｇｈｔ Ｆｌｕｏｒ及びその任意の誘導体、エピココノン、臭化エチジウム、ＦｌＡｓＨ−ＥＤＴ２、Ｆｌｕｏ色素及びその任意の誘導体、ＦｌｕｏＰｒｏｂｅ及びその任意の誘導体、フルオレセイン及びその任意の誘導体、Ｆｕｒａ及びその任意の誘導体、ゲルグリーン及びその任意の誘導体、ゲルレッド及びその任意の誘導体、蛍光タンパク質及びその任意の誘導体、ｍイソ型タンパク質及びその任意の誘導体、たとえばｍＣｈｅｒｒｙなど、ヘタメチン色素及びその任意の誘導体、ヘキスト染色、イミノクマリン、インディアンイエロー、インド−１及びその任意の誘導体、ラウルダン、ルシファーイエロー及びその任意の誘導体、ルシフェリン及びその任意の誘導体、ルシフェラーゼ及びその任意の誘導体、メロシアニン及びその任意の誘導体、ナイル色素及びその任意の誘導体、ペリレン、フロキシン、フィコ色素及びその任意の誘導体、ヨウ化プロピウム、ピラニン、ローダミン及びその任意の誘導体、リボグリーン、ＲｏＧＦＰ、ルブレン、スチルベン及びその任意の誘導体、スルホローダミン及びその任意の誘導体、ＳＹＢＲ及びその任意の誘導体、シナプト−ｐＨｌｕｏｒｉｎ、テトラフェニルブタジエン、テトラナトリウムトリス、テキサスレッド、タイタンイエロー、ＴＳＱ、ウンベリフェロン、ビオラントロン、黄色蛍光タンパク質及びＹＯＹＯ−１。他の好適な蛍光色素としては以下が挙げられる（しかし、これらに限定されない）。フルオレセイン及びフルオレセイン色素（たとえば、フルオレセインイソチオシアネートまたはＦＩＴＣ、ナフトフルオレセイン、４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシフルオレセイン、６−カルボキシフルオレスセインまたはＦＡＭなど）、カルボシアニン、メロシアニン、スチリル色素、オキソノール色素、フィリコエリトリン、エリトロシン、エオシン、ローダミン色素（たとえば、カルボキシテトラメチルローダミンまたはＴＡＭＲＡ、カルボキシローダミン６Ｇ、カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、リサミンローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミングリーン、ローダミンレッド、テトラメチルローダミン（ＴＭＲ）など）、クマリン及びクマリン色素（たとえば、メトキシクマリン、ジアルキルアミノクマリン、ヒドロキシクマリン、アミノメチルクマリン（ＡＭＣＡ）など）、オレゴングリーン色素（たとえば、オレゴングリーン４８８、オレゴングリーン５００、オレゴングリーン５１４など）、テキサスレッド、テキサスレッド−Ｘ、スペクトラムレッド、スペクトラムグリーン、シアニン色素（たとえば、ＣＹ−３、Ｃｙ−５、ＣＹ−３．５、ＣＹ−５．５など）、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ色素（たとえば、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ３５０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ４８８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５３２、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５４６、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５６８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ５９４、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６３３、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６６０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ６８０など）、ＢＯＤＩＰＹ色素（たとえば、ＢＯＤＩＰＹＦＬ、ＢＯＤＩＰＹ Ｒ６Ｇ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＭＲ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＲ、ＢＯＤＩＰＹ ５３０／５５０、ＢＯＤＩＰＹ ５５８／５６８、ＢＯＤＩＰＹ ５６４／５７０、ＢＯＤＩＰＹ ５７６／５８９、ＢＯＤＩＰＹ ５８１／５９１、ＢＯＤＩＰＹ ６３０／６５０、ＢＯＤＩＰＹ ６５０／６６５など）、ＩＲＤｙｅ（たとえば、ＩＲＤ４０、ＩＲＤ７００、ＩＲＤ８００など）など。国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５６１７７に、さらなる好適な検出可能な薬剤が記載されている。
また、本明細書のシステム及び方法を用いて、検出可能な標識及び親和性ハンドルの両方として作用することができる蛍光ビオチン複合体を用いて臓器、臓器下部構造、組織、または試料内のこのような薬剤を検出することが、本明細書のシステム及び方法を用いて可能である。市販の蛍光ビオチン複合体の非限定的な例としては以下が挙げられる。Ａｔｔｏ４２５−ビオチン、Ａｔｔｏ４８８−ビオチン、Ａｔｔｏ５２０−ビオチン、Ａｔｔｏ−５５０ビオチン、Ａｔｔｏ５６５−ビオチン、Ａｔｔｏ５９０−ビオチン、Ａｔｔｏ６１０−ビオチン、Ａｔｔｏ６２０−ビオチン、Ａｔｔｏ６５５−ビオチン、Ａｔｔｏ６８０−ビオチン、Ａｔｔｏ７００−ビオチン、Ａｔｔｏ７２５−ビオチン、Ａｔｔｏ７４０−ビオチン、フルオレセインビオチン、ビオチン−４−フルオレセイン、ビオチン−（５−フルオレセイン）複合体、及びビオチン−Ｂフィリコエリトリン、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ４８８ビオチシン、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５４６、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５４９、ルシファーイエローカダペリンビオチン−Ｘ、ルシファーイエロービオチシン、オレゴングリーン ４８８ビオチシン、ビオチン−ローダミン及びテトラメチルローダミンビオチシン。いくつかの他の例では、複合体に、化学発光化合物、コロイド金属、発光化合物、酵素、放射性同位体、及び常磁性標識を含めることができる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明するペプチド活性剤融合物を別の分子に取り付けることができる。たとえば、ペプチド配列を別の活性剤に取り付けることもできる（たとえば、小分子、ペプチド、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、抗体、アプタマー、サイトカイン、成長因子、神経伝達物質、前記のうちのいずれかの活性断片または改質剤、フルオロフォア、放射性同位体、放射性核種キレート化剤、アシル付加物、化学的リンカー、または糖など）。いくつかの実施形態では、ペプチドを活性剤と融合すること、または活性剤に共有結合的もしくは非共有結合的に連結することができる。
本開示のシステム及び方法は、単独で用いることもできるし、コンパニオン診断、治療またはイメージング剤と組み合わせて用いることもできる（このような診断、治療用またはイメージング剤が、フルオロフォア単独であろうと、または化学薬品または他の部分、小分子、治療用、薬剤、化学療法剤、ペプチド、抗体タンパク質または前述のフラグメント、及び前述の任意の組み合わせに接合され、融合され、連結され、または他の方法で取り付けられていようと；またはフルオロフォアまたは他の検出可能な部分であって、単独であるか、化学薬品または他の部分、小分子、治療用、薬剤、化学療法剤、ペプチド、抗体タンパク質または前述のフラグメント、及び前述の任意の組み合わせに接合され、融合され、連結され、または他の方法で取り付けられているフォアまたは他の検出可能な部分とともに別個のコンパニオン診断、治療用またはイメージング剤として用いようと）。このようなコンパニオン診断で用いる薬剤としては、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、イメージング剤、診断薬、タンパク質、ペプチド、または小分子（診断または画像化効果を目的とするかまたは有している薬剤）を挙げることができる。コンパニオン診断薬及びコンパニオンイメージング剤、及び治療薬用に用いる薬剤としては、本明細書で説明する診断、治療、及びイメージング剤または他の既知の薬剤を挙げることができる。本明細書で開示したものまたは他の既知の薬剤などの治療製品の利用を改善するために、診断テスト用いることができる。治療製品の開発を、対応する診断テスト、たとえば画像診断（生体内、生体外、または試験管内であろうと）を用いるテストによって行うことは、診断、処置を助け、処置するための患者母集団を特定し、及び対応する治療の治療効果を向上させることができる。本開示のシステム及び方法を用いて、本明細書で開示したものまたは他の既知の薬剤などの治療製品を検出して、治療の適用を支援し、また治療を測定して薬剤の安全性及び生理的効果を評価することができる。たとえば、治療薬の生物学的利用能、取り込み、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比の測定、血液及び／または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化などの評価である。このようなシステム及び方法を、このような薬剤の治療、画像化、及び診断応用例に関して用いることができる。またテストは、規制決定を行うためにＦＤＡが用いるデータを取得する治療製品開発を助ける。たとえば、このようなテストによって、処置に対する適切な次母集団を特定することまたは重大な副作用の危険性が高まるために特定の処置を受けるべきではない母集団を特定することができ、その結果、反応を示す可能性が最も高い患者または特定の副作用に対する危険度が変動している患者を特定することによって薬物療法を個別化または個人化することができる。したがって、いくつかの実施形態では、本開示には治療製品及び診断デバイスの共同開発が含まれ、たとえば、本明細書のシステム及び方法（治療及び／またはイメージング剤自体を検出するために用いられるか、またはコンパニオン診断またはイメージング剤を検出するために用いられることが、このような診断またはイメージング剤が治療及び／またはイメージング剤に結合されていようと、または治療及び／またはイメージング剤と共に用いるためのペプチドに結合された別個のコンパニオン診断またはイメージング剤として用いられていようと行われる）を、治療及び／またはイメージング剤を治療またはイメージング製品として安全かつ効果的に使用することと共に用いる。コンパニオンデバイスの非限定的な例としては以下が挙げられる。手術用器具、たとえば手術用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボット及びデバイスであって、生物学的診断または画像化で用いられるもの、または放射線学を取り入れているもの、たとえば、Ｘ線撮影の画像化技術、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、医療用超音波検査または超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、医療写真、及び核医学機能イメージング技術、たとえばポジトロン断層法（ＰＥＴ）、及び単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）。コンパニオン診断及びデバイスには生体外で行うテストを含むことができる。たとえば、被験者にコンパニオン診断を施与した後に除去した組織または細胞から信号を検出すること、または被験者から組織または細胞を除去した後に組織または細胞にコンパニオン診断またはコンパニオンイメージング剤を直接適用した後に信号を検出すること。生体外検出用に用いるデバイスの例としては、蛍光顕微鏡、フローサイトメータなどが挙げられる。また、コンパニオン診断においてこのように用いるための本明細書のシステム及び方法は、単独で用いることもできるし、または以下のような既存の外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットと一緒に、これらに加えて、これらと組み合わせて、これらに取り付けて、またはこれらに組み込んで用いることができる。たとえば、ＫＩＮＥＶＯシステム（たとえば、ＫＩＮＥＶＯ ９００）、ＱＥＶＯシステム、ＣＯＮＶＩＶＯシステム、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯシステム（たとえば、ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＰＥＮＴＥＲＯ ８００）、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００システム、ＦＬＯＷ ８００システム、ＹＥＬＬＯＷ ５６０システム、ＢＬＵＥ ４００システム、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡシステムＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏシステム（たとえば、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ及びＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００）、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏシステム、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤシステム（及びＣａｒｌ Ｚｅｉｓｓ Ａ／Ｇ製の任意のさらなる典型的な外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び外科ロボットシステム）；ＰＲＯＶｉｄｏシステム、ＡＲｖｉｄｏシステム、ＧＬＯＷ ８００システム、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６）、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５）、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４）、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００システム、Ｌｅｉｃａ ＦＬシステム（たとえば、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００）、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ及びＳＰ８システム（たとえば、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８（及びＬｅｉｃａ ＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓまたはＬｅｉｃａ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ製の任意のさらなる典型的な外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び外科ロボットシステム）；Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ５−１０００及びＨａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００システム（及びＨａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ Ａ／Ｇ製の任意のさらなる典型的な外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び外科ロボットシステム）；Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボットシステム（及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ，Ｉｎｃ製の任意のさらなる典型的な外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、及び外科ロボットシステム）。
本明細書のシステム及び方法を用いて、１つ以上の検出可能な薬剤、親和性ハンドル、フルオロフォア、または色素、２つ以上、３つ、４つ、５つ、及び最大で１０またはそれ以上のこのような検出可能な薬剤、親和性ハンドル、フルオロフォア、または色素を、所与の試料（たとえば、臓器、臓器下部構造、組織、または試料）内で検出することができる。
図１１に示すのは、イメージングヘッドのロック及びキーに対する典型的な実施形態である。本明細書のイメージングシステムの図７Ａ及び図１２のイメージングヘッドは、２つの独立したキーによって顕微鏡上にロックされる。各キーは、スコープにヘッドを制限するのに十分とすることができる。場合によっては、このキーメカニズムは、顕微鏡上の任意の既存のハードウェアを取り外すためのツールが必要でないため、外科手術の前後でデバイスを迅速かつ容易に挿入または取り外すことができる。
画像処理
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法によって、必要に応じて信号強度に基づいてＮＩＲまたはＩＲフレームを補強して減らすことができる。いくつかの実施形態では、前述の処理を行う前にいくつのＮＩＲフレームまたはＩＲフレームを取り込む必要があるかを決定することができる。組織から出る蛍光が非常に明るい場合、表示されるフレームごとに４フレームではなく２または３フレームのみを加算することになる。逆に、信号が非常に低い場合、励起源ＯＦＦの状態でフレームを取り込む前に６〜９またはそれ以上のフレームを取り込むことができる。この結果、システムは、必要に応じてＮＩＲフレームまたはＩＲフレームを補強するかまたは減らすことができ、またイメージングシステムの感度を動的に変えることができる。
図７Ａを参照して、特定の実施形態では、外科用顕微鏡のランプから出る可視光は常にオン（すなわち、連続波（ＣＷ））であり、一方で可視カメラはオン及びオフの間を規則的に切り替える。この実施形態では、ＮＩＲフレームまたはＩＲフレームの４フレームごとにレーザ光線をオンにして、このような４フレームから出る蛍光を、表示されるＮＩＲ画像またはＩＲ画像に対して加えて、次に励起源光を、ＮＩＲ画像またはＩＲ画像から取り除くべき画像化背景にベースライン周辺光を与える暗フレームに対して、ターンオフする。
いくつかの実施形態では、暗フレーム露出時間及びゲイン値は、ＮＩＲまたはＩＲフレームにマッチする。ＮＩＲフレーム露出またはＩＲフレーム露出と比べて暗フレーム露出には柔軟性がある。数学的に、励起源がオフである場合を除いて、正確なマッチとすることができる。別の場合では、フレームを異なる露出にして、ＮＩＲフレームまたはＩＲフレームにデジタル的にマッチさせることができる。いくつかの実施形態では、ＮＩＲフレームの露出を複数の暗フレーム露出（長めまたは短め）とすることができ、画像処理中にＮＩＲフレーム露出に数学的にマッチするように伸縮させることができる。いくつかの実施形態では、各フレームに対する露出時間を動的に変えることができる。
いくつかの実施形態では、可視カメラは固定フレームレートで及び任意的に各可視画像を取り込んだ後にフレームを取り込み、ＮＩＲフレームバッファまたはＩＲフレームバッファをチェックして、取り込んだ最新のＮＩＲ画像またはＩＲ画像によってバッファが更新されている場合には、画像を可視光画像に加える。いくつかの実施形態では、古いＮＩＲ画像またはＩＲ画像（場合により）がバッファ内にあるときには、古い画像を加えて表示することによって、可視画像と赤外蛍光画像との間に非同期のフレームキャプチャが存在する可能性がある。いくつかの実施形態では、これは、可視画像上に重ね合わせる蛍光画像のフレームレート（より速いかまたはより遅い可能性がある）とは関係なく実現できるため優位であり、出力画像（可視画像及び蛍光画像）のフレームレートはフルビデオレートである（すなわち、時間遅れがない）。いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法によって提供される時間遅れのないビデオレートによって、ユーザは画像を微調整または単純に調整してその可視性、鮮明さ、動作、及びリアルタイムでの利用を最大限にすることができるため、優位である。
いくつかの実施形態では、本明細書のシステム及び方法では、カメラフレームキャプチャに対してトランジスタトランジスタロジック（ＴＴＬ）トリガ信号を用いる。いくつかの実施形態では、カメラフレームキャプチャに対するＴＴＬトリガの負荷サイクルを用いて励起源の照明を駆動する。いくつかの実施形態では、カメラフレームキャプチャに対する１つ以上のＴＴＬトリガを用いて励起源の照明を駆動する。
いくつかの実施形態では、ＮＩＲ画像またはＩＲ画像及び／または可視光画像に対して種々の画像処理技術を用いることによって、カラーマップまたは輪郭画像の表示を容易にすることができる。
いくつかの実施形態では、本明細書の画像をデジタル処理デバイス、プロセッサなどによって処理する。いくつかの実施形態では、本明細書の画像処理としては以下が挙げられる。画像再構成画像フィルタリング、画像セグメンテーション、２つ以上の画像の加算、画像（複数可）からの１つ以上の画像の差し引き、画像位置合わせ、疑似着色、画像マスキング、画像補間、または他の任意の画像取り扱いまたは操作。
いくつかの実施形態では、本明細書の画像をデジタルディスプレイに表示して、デジタル処理デバイス、プロセッサなどによって制御する。いくつかの実施形態では、本明細書のデジタル処理デバイス、プロセッサなどによって、外科医または他のユーザは、表示すべき画像種類（複数可）を選ぶことができる。いくつかの実施形態では、画像処理を特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）（イメージングヘッドの１つ以上のカメラ内部に配置されている）によって行って、十分に処理された合成画像をイメージングヘッドから伝送することができる。画像処理用のＡＳＩＣを用いると、ケーブルに対する帯域幅要求、及び「表示側」に対する以後の処理の要求が減る。
いくつかの実施形態では、ＮＩＲ画像またはＩＲ画像または可視光画像上で擬着色または疑似着色を用いる。図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、特定の実施形態では、可視光画像は、黒色（図１０Ａ）、白色（図１０Ｂ）または赤色（図１０Ｃ）の異なる色に着色され、一方で、ＮＩＲ画像には、背景可視光に対する画像のコントラストを増加させるために偽色が用いられる。これらの実施形態では、蛍光及び可視光の両方を伴う重ね合わせた合成画像は、信号強度及びその周囲の構造が異なる腫瘍組織１０６ａ、１０６ｂを示す。信号強度のこのような差は、蛍光色素（複数可）を組織が取り込むレベルが異なることによって生じる。
図７Ｂを参照して、システム及び方法によって、可視画像上に重ねられた蛍光画像を視認もしくは蛍光画像を単独で視認するか、または横に並んだ可視画像及びＮＩＲ画像またはＩＲ画像を視認するオプションが得られ、こうして、ユーザ柔軟性に画像可視化が与えられる。いくつかの実施形態では、画像、可視または蛍光画像は、３次元ボリューム画像（複数可）を作るために積層することができる２次元画像フレームである。
いくつかの実施形態では、画像処理中に、腫瘍は、自動的、半自動的、または手動で可視光及び／またはＮＩＲ画像またはＩＲ画像において輪郭が形成されて、外科医または他の任意の医療専門家による腫瘍及び腫瘍境界の視覚化が良好になる。いくつかの実施形態では、ＮＩＲまたはＩＲ画像はｘ軸及び／またはｙ軸に沿って一体化されて、１次元の蛍光信号プロファイルが生成される。
コンピューティングシステム
図１７を参照して、ブロック図が示しているのは、コンピュータシステム１７００（たとえば、プロセシングまたはコンピューティングシステム）を含む典型的な装置である。コンピュータシステム１７００の中では、本開示の静的コードスケジューリングに対する態様及び／または方法のいずれか１つ以上をデバイス実施または実行させるために、命令のセットを実行することができる。図１７のコンポーネントは単なる例であり、特定の実施形態を実施する任意のハードウェア、ソフトウェア、組み込みロジックコンポーネント、またはこのようなコンポーネントの２つ以上の組み合わせの使用範囲または機能を限定するものではない。
コンピュータシステム１７００は、１つ以上のプロセッサ１７０１、メモリ１７０３、及び記憶装置１７０８を含むことができる。これらは、バス１７４０を介して、互いに及び他のコンポーネントと通信する。またバス１７４０は、ディスプレイ１７３２、１つ以上の入力デバイス１７３３（たとえば、キーパッド、キーボード、マウス、スタイラスなどを含むことができる）、１つ以上の出力装置１７３４、１つ以上の記憶デバイス１７３５、及び種々の有形記憶媒体１７３６を連結することができる。これらの要素はすべて、バス１７４０に直接接続して、または１つ以上のインターフェースまたはアダプタを介して接続して、機能することができる。たとえば、種々の有形記憶媒体１７３６は、記憶媒体インターフェース１７２６を介してバス１７４０と接続して機能することができる。コンピュータシステム１７００は任意の好適な物理的な形態とすることができる。たとえば、限定することなく、１つ以上の集積回路（ＩＣ）、プリント回路基板（ＰＣＢ）、携帯ハンドヘルドデバイス（たとえば携帯電話またはＰＤＡ）、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、分散コンピュータシステム、コンピューティンググリッド、またはサーバである。
コンピュータシステム１７００は、機能を行う１つ以上のプロセッサ（複数可）１７０１（たとえば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）または汎用グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＧＰＵ））を含むことができる。プロセッサ（複数可）１７０１は任意的に、命令、データ、またはコンピュータアドレスを一時的に局所記憶するためのキャッシュメモリユニット１７０２を含む。プロセッサ（複数可）１７０１はコンピュータ可読命令の実行を助けるように構成されている。プロセッサ（複数可）１７０１が、１つ以上の有形のコンピュータ可読記憶媒体（たとえば、メモリ１７０３、記憶装置１７０８、記憶デバイス１７３５、及び／または記憶媒体１７３６）において具体化されている非一時的なプロセッサ実行可能命令を実行する結果、コンピュータシステム１７００は図１７に示すコンポーネントに対して機能を付与することができる。コンピュータ可読媒体は、特定の実施形態を実施するソフトウェアを記憶することができ、プロセッサ（複数可）１７０１はソフトウェアを実行することができる。メモリ１７０３は、ソフトウェアを、１つ以上の他のコンピュータ可読媒体（たとえば大容量記憶装置（複数可）１７３５、１７３６）から、または１つ以上の他のソースから、ネットワークインターフェース１７２０などの好適なインターフェースを通して読み出すことができる。ソフトウェアによって、プロセッサ（複数可）１７０１に、本明細書で説明または例示した１つ以上のプロセスまたは１つ以上のプロセスの１つ以上のステップを行わせることができる。このようなプロセスまたはステップを行うことは、メモリ１７０３に記憶されたデータ構造を規定すること、及びソフトウェアによって送られたときにデータ構造を変更することを含むことができる。
メモリ１７０３は、種々のコンポーネント（たとえば、機械読み取り可能媒体）を含むことができる。たとえば、限定することなく、ランダムアクセスメモリコンポーネント（たとえば、ＲＡＭ１７０４）（たとえば、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）など）、読み出し専用メモリコンポーネント（たとえば、ＲＯＭ１７０５）、及びそれらの任意の組み合わせ。ＲＯＭ１７０５はプロセッサ（複数可）１７０１に対してデータ及び命令を一方向に通信するように作用することができ、ＲＡＭ１７０４はプロセッサ（複数可）１７０１とデータ及び命令を双方向に通信するように作用することができる。ＲＯＭ１７０５及びＲＡＭ１７０４は、後述する任意の好適な有形のコンピュータ可読媒体を含むことができる。一例では、基本入出力システム１７０６（ＢＩＯＳ）（たとえば起動中に、コンピュータシステム１７００内の要素間で情報を伝達するのに役立つ基本ルーチンを含む）を、メモリ１７０３に記憶することができる。
固定記憶装置１７０８がプロセッサ（複数可）１７０１に、任意的に記憶制御ユニット１７０７を通して、双方向に接続されている。固定記憶装置１７０８は、追加データ記憶容量をもたらし、本明細書で説明する任意の好適な有形のコンピュータ可読媒体を含むことができる。記憶装置１７０８を用いて、オペレーティングシステム１７０９、実行ファイル（複数可）１７１０、データ１７１１、アプリケーション１７１２（アプリケーションプログラム）などを記憶することができる。また記憶装置１７０８は、光ディスクドライブ、ソリッドステートメモリデバイス（たとえば、フラッシュベースのシステム）、またはこれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。記憶装置１７０８内の情報は、適切と思われた場合には、メモリ１７０３内の仮想メモリとして取り入れることができる。
一例では、記憶デバイス（複数可）１７３５を、記憶デバイスインターフェース１７２５を介してコンピュータシステム１７００に（たとえば、外部ポートコネクタ（図示せず）を介して）取り外し可能に接続して機能させることができる。特に、記憶デバイス（複数可）１７３５及び付随する機械可読媒体によって、機械可読命令、データ構造、プログラムモジュール、及び／またはコンピュータシステム１７００に対する他のデータの不揮発性及び／または揮発性記憶装置を得ることができる。一例では、ソフトウェアは、記憶デバイス（複数可）１７３５上の機械可読媒体内に完全にまたは部分的に常駐することができる。別の例では、ソフトウェアは、プロセッサ（複数可）１７０１内に完全にまたは部分的に常駐することができる。
バス１７４０は広範囲のサブシステムに接続されている。本明細書では、バスに言及する場合、適切な場合には、共通機能を供給する１本以上のデジタル信号ラインを包含することができる。バス１７４０は、種々のバスアーキテクチャのいずれかを用いて、いくつかのタイプのバス構造（たとえば、限定することなく、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、ローカルバス、及びそれらの任意の組み合わせ）のいずれかとすることができる。一例としては、限定を目的とせずに、このようなアーキテクチャとしては以下が挙げられる。業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ビデオエレクトロニクススタンダーズアソシエーションローカルバス（ＶＬＢ）、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩエクスプレス（ＰＣＩ−Ｘ）バス、アクセラレイティッドグラフィックスポート（ＡＧＰ）バス、ハイパートランスポート（ＨＴＸ）バス、シリアルアドバンストテクノロジーアタッチメント（ＳＡＴＡ）バス、及びそれらの任意の組み合わせ。
コンピュータシステム１７００は入力デバイス１７３３を含むこともできる。一例では、コンピュータシステム１７００のユーザは、コマンド及び／または他の情報をコンピュータシステム１７００内に、入力デバイス（複数可）１７３３を介して入力することができる。入力デバイス（複数可）１７３３の例としては以下が挙げられる（しかし、これらに限定されない）。文字数字入力デバイス（たとえば、キーボード）、ポインティングデバイス（たとえば、マウスまたはタッチパッド）、タッチパッド、タッチスクリーン、マルチタッチスクリーン、ジョイスティック、スタイラス、ゲームパッド、オーディオ入力デバイス（たとえば、マイクロフォン、音声応答システムなど）、光学スキャナ、ビデオまたは静止画像キャプチャ装置（たとえば、カメラ）、及びそれらの任意の組み合わせ。いくつかの実施形態では、入力デバイスはＫｉｎｅｃｔ、Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎなどである。入力デバイス（複数可）１７３３は、種々の入力インターフェース１７２３（たとえば、入力インターフェース１７２３）のいずれかを介してバス１７４０に接続して機能することができる。入力インターフェース１７２３としては、限定することなく、シリアル、パラレル、ゲームポート、ＵＳＢ、ファイヤーワイヤー、ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴ（登録商標）、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
特定の実施形態において、コンピュータシステム１７００をネットワーク１７３０に接続すると、コンピュータシステム１７００は、他のデバイス（具体的には、ネットワーク１７３０に接続されたモバイルデバイス及び企業システム、分散コンピューティングシステム、クラウドストレージシステム、クラウドコンピューティングシステムなど）と通信することができる。コンピュータシステム１７００との間で行われる通信を、ネットワークインターフェース１７２０を介して送ることができる。たとえば、ネットワークインターフェース１７２０は、入力通信（たとえば、他のデバイスからのリクエストまたは応答）を１つ以上のパケット（たとえばインターネットプロトコル（ＩＰ）パケット）の形態でネットワーク１７３０から受け取ることができ、コンピュータシステム１７００は入力通信をメモリ１７０３に記憶して処理に備えることができる。コンピュータシステム１７００は同様に、出力通信（たとえば、他のデバイスに対するリクエストまたは応答）を１つ以上のパケットの形態でメモリ１７０３に記憶することができ、ネットワーク１７３０にネットワークインターフェース１７２０から連絡される。プロセッサ（複数可）１７０１は、メモリ１７０３に記憶されたこれらの通信パケットにアクセスして処理を行うことができる。
ネットワークインターフェース１７２０の例としては、ネットワークインターフェースカード、モデム、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。ネットワーク１７３０またはネットワークセグメント１７３０の例としては以下が挙げられる（しかし、これらに限定されない）。分散コンピューティングシステム、クラウドコンピューティングシステム、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）（たとえば、インターネット、企業ネットワーク）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）（たとえば、オフィス、建造物、キャンパス、または他の比較的小さい地理空間に付随するネットワーク）、電話網、２つのコンピューティング装置間の直接接続、ピアツーピアネットワーク、及びそれらの任意の組み合わせ。ネットワーク（たとえば、ネットワーク１７３０）は、有線及び／または無線モードの通信を用いることができる。全般的に、任意のネットワークトポロジを用いることができる。
ディスプレイ１７３２を通して情報及びデータを表示することができる。ディスプレイ１７３２の例としては以下が挙げられる、（しかし、これらに限定されない）。陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）、有機液晶ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、たとえばパッシブマトリックスＯＬＥＤ（ＰＭＯＬＥＤ）、またはアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、及びそれらの任意の組み合わせ。ディスプレイ１７３２は、プロセッサ（複数可）１７０１、メモリ１７０３、及び固定記憶装置１７０８、ならびに他のデバイス、たとえば入力デバイス（複数可）１７３３に、バス１７４０を介して接続して機能することができる。ディスプレイ１７３２はバス１７４０にビデオインターフェース１７２２を介して連結され、ディスプレイ１７３２とバス１７４０との間のデータの伝送を、グラフィックス制御１７２１を介して制御することができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイはビデオプロジェクタである。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、ＶＲヘッドセットなどの頭部装着型ディスプレイ（ＨＭＤ）である。さらなる実施形態では、好適なＶＲヘッドセットとしては、非限定的な例として、ＨＴＣ Ｖｉｖｅ、Ｏｃｕｌｕｓ Ｒｉｆｔ、Ｓａｍｓｕｎｇ Ｇｅａｒ ＶＲ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＨｏｌｏＬｅｎｓ、Ｒａｚｅｒ ＯＳＶＲ、ＦＯＶＥ ＶＲ、Ｚｅｉｓｓ ＶＲ Ｏｎｅ、Ａｖｅｇａｎｔ Ｇｌｙｐｈ、Ｆｒｅｅｆｌｙ ＶＲヘッドセットなどが挙げられる。さらに他の実施形態では、ディスプレイはデバイス（たとえば、本明細書で開示したもの）の組み合わせである。
ディスプレイ１７３２に加えて、コンピュータシステム１７００は、１つ以上の他の周辺出力装置１７３４を含むことができる。たとえば、限定することなく、オーディオスピーカ、プリンタ、記憶デバイス、及びそれらの任意の組み合わせである。このような周辺出力装置をバス１７４０に、出力インターフェース１７２４を介して接続することができる。出力インターフェース１７２４の例としては、シリアルポート、並列接続、ＵＳＢポート、ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標）ポート、ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴ（登録商標）ポート、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
加えてまたは代替的に、コンピュータシステム１７００は、ロジックを回路内で配線接続するかまたは他の方法で具体化した結果として機能を実現することができ、その結果、そこで動作するかまたはソフトウェアとともに動作して、本明細書で説明または例示した１つ以上のプロセスまたは１つ以上のプロセスの１つ以上のステップを実行することができる。本開示でソフトウェアに言及する場合、ロジックを包含することができ、ロジックに言及する場合、ソフトウェアを包含することができる。また、コンピュータ可読媒体に言及する場合、適切な場合には、実行用のソフトウェアか、実行用のロジックを具現化する回路か、または両方を記憶する回路（たとえばＩＣ）を包含することができる。本開示には、ハードウェア、ソフトウェア、または両方の任意の好適な組み合わせが包含される。
当業者であれば分かるように、本明細書で開示した実施形態に関連して説明した種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実施することができる。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明瞭に例示するために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップを、全般的にその機能の点に関して前記で説明した。
本明細書で開示した実施形態に関連して説明した種々の例示的な論理ブロック、モジュール、及び回路は、以下を用いて実施または行うことができる。汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはそれらの任意の組み合わせであって、本明細書で説明した機能を行うようにデザインされたもの。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替的に、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。またプロセッサを、コンピューティング装置の組み合わせとして、たとえば、ＤＳＰ及びマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアとともに１つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成として実施することができる。
本明細書で開示した実施形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップの具体化は、ハードウェアで直接、１つ以上のプロセッサ（複数可）で実行されるソフトウェアモジュールで、または両者の組み合わせで行うことができる。ソフトウェアモジュールは以下に常駐することができる。ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当該技術分野で知られた任意の他の形態の記憶媒体。典型的な記憶媒体はプロセッサに結合されて、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、記憶媒体に情報を書き込むことができるようになっている。代替的に、記憶媒体をプロセッサに一体化することもできる。プロセッサ及び記憶媒体はＡＳＩＣ内に常駐することができる。ＡＳＩＣはユーザ端末内に常駐することができる。代替的に、プロセッサ及び記憶媒体はディスクリート部品としてユーザ端末内に常駐することができる。
本明細書の記載によれば、好適なコンピューティング装置は、非限定的な例として、以下を含む。サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、サブノートブックコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ネットパッドコンピュータ、セットトップコンピュータ、メディアストリーミングデバイス、ハンドヘルドコンピュータ、インターネット家電、モバイルスマートフォン、タブレットコンピュータ、携帯情報端末、ビデオゲームコンソール、及び車両。また当業者であれば分かるように、高品質テレビ、ビデオプレーヤ、及びデジタル音楽プレーヤに任意的にコンピュータネットワーク接続性を設けたものが、本明細書で説明するシステムで用いるのに適している。種々の実施形態では、好適なタブレットコンピュータ（たとえば、ブックレット、スレート、及び変換可能な構成を伴うもの）が当業者には知られている。
いくつかの実施形態では、コンピューティング装置は、実行可能命令を行うように構成されたオペレーティングシステムを含む。オペレーティングシステムは、たとえば、プログラム及びデータを含むソフトウェアであり、デバイスのハードウェアを管理して、アプリケーションを実行するためのサービスを与える。当業者であれば分かるように、好適なサーバオペレーティングシステムは、非限定的な例として、以下を含む。ＦｒｅｅＢＳＤ、ＯｐｅｎＢＳＤ、ＮｅｔＢＳＤ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ ＯＳ Ｘ Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｓｅｒｖｅｒ（登録商標）、及びＮｏｖｅｌｌ（登録商標）ＮｅｔＷａｒｅ（登録商標）。当業者であれば分かるように、好適なパーソナルコンピュータオペレーティングシステムとしては、非限定的な例として、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）Ｍａｃ ＯＳ Ｘ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標），及びＵＮＩＸ（登録商標）様のオペレーティングシステムたとえばＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ（登録商標）が挙げられる。いくつかの実施形態では、オペレーティングシステムはクラウドコンピューティングによって与えられる。また当業者であれば分かるように、好適なモバイルスマートフォンオペレーティングシステムは、非限定的な例として、以下を含む。Ｎｏｋｉａ（登録商標）Ｓｙｍｂｉａｎ（登録商標）ＯＳ、Ａｐｐｌｅ（登録商標）、ｉＯＳ（登録商標）、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎ Ｍｏｔｉｏｎ（登録商標）ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ ＯＳ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ（登録商標）Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｐｈｏｎｅ（登録商標）ＯＳ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｍｏｂｉｌｅ（登録商標）ＯＳ、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、及びＰａｌｍ（登録商標）ＷｅｂＯＳ（登録商標）。また当業者であれば分かるように、好適なメディアストリーミングデバイスオペレーティングシステムは、非限定的な例として、以下を含む。ＡｐｐｌｅＴＶ（登録商標）、Ｒｏｋｕ（登録商標）、Ｂｏｘｅｅ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ ＴＶ（登録商標）、Ｇｏｏｇｌｅ Ｃｈｒｏｍｅｃａｓｔ（登録商標）、Ａｍａｚｏｎ Ｆｉｒｅ（登録商標）、及びＳａｍｓｕｎｇ（登録商標）ＨｏｍｅＳｙｎｃ（登録商標）。また当業者であれば分かるように、好適なビデオゲームコンソールオペレーティングシステムは、非限定的な例として、以下を含む。Ｓｏｎｙ（登録商標）ＰＳ３（登録商標）、Ｓｏｎｙ（登録商標）ＰＳ４（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｘｂｏｘ ３６０（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｘｂｏｘ Ｏｎｅ、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ（登録商標）Ｗｉｉ（登録商標）、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ（登録商標）Ｗｉｉ Ｕ（登録商標）、及びＯｕｙａ（登録商標）。
デジタル処理デバイス
いくつかの実施形態では、本明細書で説明するシステム及び方法は、デジタル処理デバイス、プロセッサ、またはこれらを用いることを含む。さらなる実施形態では、デジタル処理デバイスとしては、１つ以上のハードウェア中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び／または汎用グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＧＰＵ）、またはデバイスの機能を行う専用ＧＰＧＣＵが挙げられる。さらに他の実施形態では、デジタル処理デバイスとしてはさらに、実行可能命令を行うように構成されたオペレーティングシステムが挙げられる。いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは任意的にコンピュータネットワークに接続されている。さらなる実施形態では、デジタル処理デバイスは任意的にインターネットに接続されて、ワールドワイドウェブにアクセスするようになっている。さらに他の実施形態、デジタル処理デバイス任意的に、クラウドコンピューティングインフラストラクチャに接続されている。他の実施形態では、デジタル処理デバイス任意的に、イントラネットに接続されている。他の実施形態では、デジタル処理デバイス任意的に、データ記憶装置に接続されている。
本明細書の記載によれば、好適なデジタル処理デバイスは、非限定的な例として、以下を含む。サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、サブノートブックコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ネットパッドコンピュータ、セットトップコンピュータ、メディアストリーミングデバイス、ハンドヘルドコンピュータ、インターネット家電、モバイルスマートフォン、タブレットコンピュータ、携帯情報端末、ビデオゲームコンソール、及び車両。加えて、本明細書の記載によれば、デバイスは、結像光学系の近位に配置されたユニット（たとえばＦＰＧＡまたはＤＳＰ）と「バックエンド」ＰＣとの間で信号処理及びコンピューテーションをパーティショニングすることも含む。当然のことながら、種々の場所の間で処理の分散を行うことができる。
いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスは、実行可能命令を行うように構成されたオペレーティングシステムを含む。オペレーティングシステムは、たとえば、プログラム及びデータを含むソフトウェアであり、デバイスのハードウェアを管理して、アプリケーションを実行するためのサービス与える。
いくつかの実施形態では、デバイスは記憶装置及び／またはメモリデバイスを含む。記憶装置及び／またはメモリデバイスは、データまたはプログラムを一時的または永続的なベースで記憶するために用いられる１つ以上の物理的な装置である。
いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスはユーザに視覚情報を送るためのディスプレイを含む。
いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイスはユーザから情報を受け取るための入力デバイスを含む。いくつかの実施形態では、入力デバイスはキーボードである。いくつかの実施形態では、入力デバイスは、ポインティングデバイス、たとえば、非限定的な例として、マウス、トラックボール、トラックパッド、ジョイスティック、ゲームコントローラ、またはスタイラスである。いくつかの実施形態では、入力デバイスはタッチスクリーンまたはマルチタッチスクリーンである。他の実施形態では、入力デバイスは音声または他の音入力を取り込むためのマイクロフォンである。他の実施形態では、入力デバイスは動きまたは視覚入力を取り込むためのビデオカメラまたは他のセンサである。さらなる実施形態では、入力デバイスはＫｉｎｅｃｔ、Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎなどである。さらに他の実施形態では、入力デバイスはデバイス（たとえば、本明細書で開示したもの）の組み合わせである。
図１４を参照して、特定の実施形態では、典型的なデジタル処理デバイス１４０１は、本明細書のシステムの画像化及び画像処理態様を制御するようにプログラムされているかまたは他の方法で構成されている。この実施形態では、デジタル処理デバイス１４０１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ、本明細書では「プロセッサ」及び「コンピュータプロセッサとも言う」）１４０５を含む。これは、シングルコアもしくはマルチコアプロセッサ、または並列処理用の複数のプロセッサとすることができる。またデジタル処理デバイス１４０１は以下を含む。メモリまたはメモリ域１４１０（たとえば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ）、電子記憶ユニット１４１５（たとえば、ハードディスク）、通信インターフェース１４２０（たとえば、ネットワークアダプタ、ネットワークインターフェース）（１つ以上の他のシステム、及び周辺デバイス、たとえばキャッシュ、他のメモリ、データ記憶装置及び／または電子ディスプレイアダプタと通信するため）。周辺デバイスは、残りのデバイスとストレージインターフェース１４７０を介して通信する記憶デバイス（複数可）または記憶媒体１４６５含むことができる。メモリ１４１０、記憶ユニット１４１５、インターフェース１４２０、及び周辺デバイスは、マザーボードなどの通信バス１４２５を通してＣＰＵ１４０５と通信している。記憶ユニット１４１５は、データを記憶するためのデータ記憶装置（またはデータリポジトリ）とすることができる。デジタル処理デバイス１４０１は、通信インターフェース１４２０を用いてコンピュータネットワーク（「ネットワーク」）１４３０に動作可能に結合することができる。ネットワーク１４３０は、インターネット、インターネット及び／またはエキストラネット、またはインターネットと通信しているイントラネット及び／もしくはエキストラネットとすることができる。いくつかの実施形態では、ネットワーク１４３０は遠距離通信及び／またはデータネットワークである。ネットワーク１４３０は、１つ以上のコンピュータサーバを含むことができ、その結果、クラウドコンピューティングなどの分散コンピューティングを可能にすることができる。デバイス１４０１の援助を受けるいくつかの実施形態では、ネットワーク１４３０はピアツーピアネットワークを実施することができ、その結果、デバイス１４０１にデバイスを結合してクライアントまたはサーバとして動作させることが可能になる。
引き続き図１４を参照して、デジタル処理デバイス１４０１には、入力デバイス（複数可）１４４５が含まれていて、ユーザから情報を受け取る。入力デバイス（複数可）は、入力インターフェース１４５０を介してデバイスの他の要素と通信している。デジタル処理デバイス１４０１には、出力インターフェース１４６０を介してデバイスの他の要素と通信する出力装置（複数可）１４５５を含めることができる。
引き続き図１４を参照して、メモリ１４１０は、種々のコンポーネント（たとえば、機械読み取り可能媒体）を含むことができる。たとえば、限定することなく、ランダムアクセスメモリコンポーネント（たとえば、ＲＡＭ）（たとえば、スタティックＲＡＭ「ＳＲＡＭ」、ダイナミックＲＡＭ”ＤＲＡＭ、など）、または読み取り専用コンポーネント（たとえば、ＲＯＭ）である。またはメモリ１４１０は、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）（たとえばデバイス起動中に、デジタル処理デバイス内の要素間で情報を伝達するのに役立つ基本ルーチンを含む）を含むことができ、これをメモリ１４１０に記憶することができる。
引き続き図１４を参照して、ＣＰＵ１４０５は一連の機械可読命令を実行することができ、これはプログラムまたはソフトウェア内で具体化することができる。命令はメモリ１４１０などのメモリ域に記憶することができる。命令をＣＰＵ１４０５に送ることができ、続いて、ＣＰＵ１４０５を本開示の方法を実施するようにプログラムするかまたは他の方法で構成することができる。ＣＰＵ１４０５が行う動作の例としては、フェッチ、デコード、実行、及び書き戻しを挙げることができる。ＣＰＵ１４０５は、回路の一部、たとえば集積回路とすることができる。デバイス１４０１の１つ以上の他のコンポーネントを回路に含めることができる。いくつかの実施形態では、回路は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である。
引き続き図１４を参照して、記憶ユニット１４１５は、ファイル（たとえば、ドライバ、ライブラリ、及び保存されたプログラム）を記憶することができる。記憶ユニット１４１５は、ユーザデータ（たとえば、ユーザ選好及びユーザプログラム）を記憶することができる。いくつかの実施形態では、デジタル処理デバイス１４０１は、外部にある１つ以上のさらなるデータ記憶ユニット、たとえば、イントラネットまたはインターネットを通して通信しているリモートサーバ上に配置されたデータ記憶ユニットを含むことができる。また記憶ユニット１４１５は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラムなどを記憶するために用いることもできる。任意的に、記憶ユニット１４１５は、デジタル処理デバイスと取り外し可能に接続して機能することができる（たとえば、外部ポートコネクタ（図示せず）を介して）及び／または記憶ユニットインターフェースを介して。ソフトウェアは、記憶ユニット１４１５の内部または外部にあるコンピュータ可読記憶媒体内に完全にまたは部分的に常駐することができる。別の例では、ソフトウェアはプロセッサ（複数可）１４０５内に完全にまたは部分的に常駐することができる。
引き続き図１４を参照して、デジタル処理デバイス１４０１は、ネットワーク１４３０を通して１つ以上のリモートコンピュータシステム１４０２と通信することができる。たとえば、デバイス１４０１はユーザのリモートコンピュータシステムと通信することができる。リモートコンピュータシステムの例としては以下が挙げられる。パーソナルコンピュータ（たとえば、ポータブルＰＣ）、スレートまたはタブレットＰＣ（たとえば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰａｄ（登録商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（登録商標）Ｇａｌａｘｙタブ）、電話機、スマートフォン（たとえば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、アンドロイド（登録商標）対応デバイス、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標））、または携帯情報端末。いくつかの実施形態では、リモートコンピュータシステムは、本明細書の画像システム用いて取得される画像及び画像の信号処理に対して構成されている。いくつかの実施形態では、本明細書のイメージングシステムによって、イメージングヘッド内のプロセッサ（たとえば、ＭＣＵ、ＤＳＰ、またはＦＰＧＡに基づいて）とリモートコンピュータシステム（すなわち、バックエンドサーバ）との間で画像及び信号処理のパーティショニングが可能になる。
引き続き図１４を参照して、情報及びデータを、ディスプレイ１４３５を通してユーザに表示することができる。ディスプレイはインターフェース１４４０を介してバス１４２５に接続されており、ディスプレイとデバイスの他の要素１４０１との間のデータの伝送はインターフェース１４４０を介して制御することができる。
本明細書で説明する方法は、デジタル処理デバイス１４０１の電子記憶場所（たとえば、メモリ１４１０または電子記憶ユニット１４１５など）に記憶された機械（たとえば、コンピュータプロセッサ）実行可能コードによって実施することができる。機械実行可能または機械可読コードはソフトウェアの形態で与えることができる。使用中に、プロセッサ１４０５によってコードを実行することができる。いくつかの実施形態では、記憶ユニット１４１５からコードを取り出してメモリ１４１０に記憶して、プロセッサ１４０５が簡単にアクセスできるようにすることができる。状況によっては、電子記憶ユニット１４１５を取り除くことができ、機械実行可能命令をメモリ１４１０に記憶する。
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体
いくつかの実施形態では、本明細書で開示したプラットフォーム、システム、媒体、及び方法は、任意的にネットワーク接続されたデジタル処理デバイスのオペレーティングシステムによって実行可能な命令を含むプログラムによってエンコードされる１つ以上の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む。さらなる実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体はデジタル処理デバイスの有形コンポーネントである。さらに他の実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は任意的にデジタル処理デバイスから取り外し可能である。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、非限定的な例として、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ装置、ソリッドステートメモリ、磁気ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光ディスクドライブ、クラウドコンピューティングシステム及びサービスなどを含む。いくつかの実施形態では、プログラム及び命令は媒体上で永続的に、実質的に永続的に、半永久的に、または非一時的にエンコードされる。
コンピュータプログラム
いくつかの実施形態では、本明細書で開示したプラットフォーム、システム、媒体、及び方法は、少なくとも１つのコンピュータプログラム、またはそれを用いることを含む。コンピュータプログラムには一連の命令が含まれ、これらは、デジタル処理デバイスのＣＰＵにおいて実行可能であり、特定のタスクを行うために書き込まれる。コンピュータ可読命令は、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データ型を実施するプログラムモジュール（たとえば、機能、オブジェクト、アプリケーションプログラミングインターフェース（ＡＰＩ）、データ構造など）として実施することができる。本明細書で提供する開示を考慮すれば、当業者であれば分かるように、コンピュータプログラムは種々の言語の種々のバージョンで書き込むことができる。
コンピュータ可読命令の機能は、種々の環境において必要に応じて組み合わせるかまたは分散させることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは１つの命令列を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは複数の命令列を含む。いくつかの実施形態では、コンピュータプログラムは１つの場所から与えられる。他の実施形態では、コンピュータプログラムは複数の場所から与えられる。種々の実施形態では、コンピュータプログラムは１つ以上のソフトウェアモジュールを含む。種々の実施形態では、コンピュータプログラムは、部分的または全体的に、１つ以上のウェブアプリケーション、１つ以上のモバイルアプリケーション、１つ以上のスタンドアローンアプリケーション、１つ以上のウェブブラウザプラグイン、エクステンション、アドイン、またはアドオン、またはそれらの組み合わせを含む。
ソフトウェアモジュール
いくつかの実施形態では、本明細書で開示したプラットフォーム、システム、媒体、及び方法は、ソフトウェア、サーバ、及び／またはデータベースモジュール、またはそれらを用いることを含む。本明細書で提供する開示を考慮すれば、ソフトウェアモジュールは、当業者に知られた装置、ソフトウェア、及び言語を用いて当業者に知られた技術によって形成される。本明細書で開示したソフトウェアモジュールは多くの方法で実施される。種々の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、ファイル、セクションコード、プログラミングオブジェクト、プログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含む。さらに種々の実施形態では、ソフトウェアモジュールは、複数のファイル、コードの複数のセクション、複数のプログラミングオブジェクト、複数のプログラミング構造、またはそれらの組み合わせを含む。種々の実施形態では、１つ以上のソフトウェアモジュールは、非限定的な例として、ウェブアプリケーション、モバイルアプリケーション、及びスタンドアローンアプリケーションを含む。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは１つのコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは２つ以上のコンピュータプログラムまたはアプリケーション内にある。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは１つの装置上でホストされる。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは２つ以上の装置上でホストされる。さらなる実施形態では、ソフトウェアモジュールはクラウドコンピューティングプラットフォーム上でホストされる。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは１つの場所において１つ以上の装置上でホストされる。他の実施形態では、ソフトウェアモジュールは２つ以上の場所において１つ以上の装置上でホストされる。
用語及び定義
種々の実施形態を比較する目的で、これらの実施形態の特定の態様及び利点について説明する。必ずしもすべてのこのような態様または利点が、任意の特定の実施形態によって実現されるわけではない。したがって、たとえば、種々の実施形態を実行できる方法は、本明細書で教示した１つの利点または利点のグループを実現または最適化するが、やはり本明細書で教示または提案することができる他の態様または利点を必ずしも実現するわけではない。
本明細書で用いる場合、Ａ及び／またはＢには、ＡまたはＢ、及びそれらの組み合わせ（たとえば、Ａ及びＢ）のうちの１つ以上が包含される。当然のことながら、本明細書では、種々の要素、コンポーネント、領域、及び／またはセクションを説明するために、用語「第１」、「第２」、「第３」などを用いることができるが、これらの要素、コンポーネント、領域及び／またはセクションをこれらの用語によって限定してはならない。これらの用語は単に、ある要素、コンポーネント、領域、またはセクションを、別の要素、コンポーネント、領域、またはセクションから区別するために用いられる。したがって、後述する第１の要素、コンポーネント、領域、またはセクションは、本開示の教示から逸脱することなく、第２の要素、コンポーネント、領域、またはセクションと言うことができる。
本明細書で用いる専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためであり、本開示を限定するものではない。本明細書で用いる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別の意味が示される場合を除き、複数形も含むことが意図されている。さらに当然のことながら、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」及び／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で用いる場合、述べた特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素及び／またはコンポーネントの存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、領域、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／またはそれらの群の存在または付加を排除するものではない。
本明細書及び請求項で用いるとき、特に明記しない限り、用語「およそ」、「約」または「実質的に」は、実施形態に応じて数値の＋／−０．１％、＋／−１％、＋／−２％、＋／−３％、＋／−４％、＋／−５％、＋／−６％、＋／−７％、＋／−８％、＋／−９％、＋／−１０％、＋／−１１％、＋／−１２％、＋／−１４％、＋／−１５％、または＋／−２０％以下のばらつきを指す。非限定的な例として、約１００メートルが表す範囲は、実施形態に応じて、９５メートル〜１０５メートル（１００メートルの＋／−５％）、９０メートル〜１１０メートル（１００メートルの＋／−１０％）、または８５メートル〜１１５メートル（１００メートルの＋／−１５％）である。
本明細書で用いる場合、「ＬＰ」はロングパスフィルタを指す。当業者であれば理解するように、ＬＰフィルタが透過させる波長は遷移波長よりも長く、反射する波長は範囲遷移波長よりも短い。
本明細書で用いる場合「ＳＰ」はショートパスフィルタを指す。当業者であれば理解するように、ＳＰフィルタが透過させる波長は遷移波長よりも短く、反射する波長範囲は遷移波長よりも長い。
本明細書で用いる場合、「赤外線」が意味するのは、赤外スペクトルにおける任意の光であり、ＩＲ−Ａ（約８００〜１４００ｎｍ）、ＩＲ−Ｂ（約１４００ｎｍ〜３μｍ）、及びＩＲ−Ｃ（約３μｍ〜１ｍｍ）範囲の光波長が含まれる。そして近赤外（ＮＩＲ）スペクトルは７００ｎｍ〜３０００ｎｍである。
本明細書で用いる場合、「同軸」が意味するのは、２つ以上の光ビーム経路が、適切な許容範囲内で実質的に重なるかまたは互いに実質的に平行であるということである。すなわち、励起用に用いる光錐がイメージング軸に沿って延びるときに沿う軸である。
本明細書で用いる場合、「ホットミラー」、「ショートパスダイクロイックフィルタ」、及び「ショートパスダイクロイックミラー」の意味は、当業者であれば理解できる。
本明細書で用いる場合、「コールドミラー」、「ロングパス誘電体フィルタ」、及び「ロングパスダイクロイックミラー」は、本明細書で用いる場合、当業者であれば理解できるものと同じ意味を有する。
本明細書で用いる場合、「誘電体フィルタ」及び「誘電体ミラー」は、本明細書で用いる場合、同じ物理的要素を指すことができる。「誘電体フィルタ」は、選択的に透過させるためのデバイスを指すことができる。「誘電体フィルタ」は、選択的に反射するためのデバイスを指すことができる。
本明細書で用いる場合、「フィルタ」及び「ミラー」は、本明細書で用いる場合、同じ物理的要素を指すことができる。
別に定義がない限り、本明細書で用いるすべての技術用語は、本発明が属する分野の当業者によって広く理解されているものと同じ意味である。
本明細書では好ましい実施形態について図示して説明してきたが、当業者には明らかなように、このような実施形態は単に一例として与えている。多くの変動、変化、及び置換が、本開示の範囲から逸脱することなく当業者に想起される。当然のことながら、本明細書で説明した実施形態に対する種々の代替案を実際には用いることができる。本明細書で説明した実施形態の多くの異なる組み合わせが可能であり、このような組み合わせは本開示の一部であると考えられる。加えて、本明細書のいずれか一つの実施形態と関連して説明したすべての特徴は、本明細書の他の実施形態で用いるために容易に適応させることができる。以下の請求項で本開示の範囲を規定し、それらの請求項及びその均等物の範囲内にある方法及び構造はカバーされることが意図されている。
以下の説明例は、本明細書で説明するソフトウェアアプリケーション、システム、及び方法の実施形態を表しており、決して限定することは意図されていない。
例１ 小児脳腫瘍切除中のシステムの使用
この例では、小児脳腫瘍の外科的切除の間にトズレリスチド蛍光の同軸照明及び可視化を行うために、本明細書で開示したイメージングシステム及び／または方法を用いることについて説明する。本発明のイメージングシステムを用いて脳組織を画像化して、蛍光イメージングを用いてがんを検出した。外科手術を行って被験者からがんを除去した。
被験者Ｔ６１３は、後頭蓋窩／脳幹におけるグレード４の非定型奇形腫様ラブドイド腫瘍（ＡＴＲＴ）であると診断された。ペプチドフルオロフォア検出可能薬剤（１５ｍｇ／ｍ２ドーズ）であるトズレリスチドを、外科手術を開始する約１３．５時間前に静脈内（ＩＶ）ボーラス注射によって投与した。２つの接眼レンズを有するＺｅｉｓｓ Ｐｅｎｔｅｒｏ外科用顕微鏡に、外科手術を開始する前にイメージングヘッドを取り付けた。
腫瘍を露出させた後に、イメージングシステムを初期化して連続使用した。イメージングシステムを用いることで、外科医は蛍光画像化及び可視画像化を手術用顕微鏡によって一緒かつ同時に視認することができた。外科医によれば、イメージングシステムは目立たず、使い易く、またそれを使用しても、外科の通常の業務の負担になることもそれを妨害することもないとのことであった。また、蛍光画像及び可視画像を視認するために手術用顕微鏡の位置を変える必要はなく、そのため、手術中に蛍光イメージングシステムとともに外科領域を画像化することができ、手術ワークフローに対する中断が減少した。
腫瘍切除の間、ビデオを取り込み、露出した腫瘍の静止画像を取り込んだ。露出した腫瘍においてトズレリスチド蛍光がその場で観察された。図１５Ａ〜図１５Ｆに示すのは、腫瘍切除から取った画像であり、イメージングシステムを用いた腫瘍の近赤外（ＮＩＲ）蛍光画像（図１５Ｂ及び図１５Ｅ）と、白色光または可視光スペクトル照明にＮＩＲ蛍光がオーバーレイされたオーバーレイ画像（図１５Ｃ及び図１５Ｆ）とがある。外科医には、腫瘍は明るい青緑色の塊１０２として、ＮＩＲ蛍光画像及びオーバーレイ画像（グレースケールで明るい白色塊として示す）において現れたが、正常脳組織はＮＩＲ蛍光画像において腫瘍塊よりも暗く現れており、非腫瘍または正常脳組織には識別可能な背景蛍光がないことを示している。オーバーレイ画像では正常脳組織は赤色で現れた。これは、通常の可視光または白色光の下で現れるのと同じである。これを腫瘍の可視光画像に示す（図１５Ａ及び図１５Ｄ）。外科医によれば、腫瘍組織のみが蛍光で現れたとのことであった。また外科医によれば、通常の可視光の下では「正常組織から腫瘍を区別するのはやや難しかった」が、イメージングシステムを用いたＮＩＲ蛍光の場合には「腫瘍組織及び正常組織の蛍光間の区別は非常に良好だった」とのことであった。蛍光組織試料は、組織病理学によって生存腫瘍であることが実証及び確認された。
この事例によって、手術中の状況において、白色光及びＮＩＲ蛍光の画像及びビデオを取り込むために、通常の手術フローを乱すことなく、イメージングシステムを連続的に使用できることが実証された。さらにデータが実証するところによれば、同軸照明及びイメージングシステムによって、外科医は、外科手術中に腫瘍組織を視覚化してそこに蛍光を正確に局在化させることができ、この情報を用いて、切除中に腫瘍組織を除去することができた。
前述の説明では、特定の実施形態及び例について示しているが、本発明の主題は、具体的に開示した実施形態を越えて、他の代替的な実施形態、及び／または使用、及びその変更及び均等物にも及ぶ。したがって、添付の請求項の範囲は、後述する特定の実施形態のいずれによっても限定されない。たとえば、本明細書で開示した任意の方法またはプロセスにおいて、方法またはプロセスの作用または動作は、好適な任意の順序で行うことができ、必ずしも開示した何らかの特定の順序に限定されるものではない。種々の動作を、順に行う複数の別個の動作として、特定の実施形態を理解するのに役立つ方法で説明することができる。しかし説明の順序は、これらの動作が順序依存であると意味すると解釈してはならない。さらに、本明細書で説明する構造、システム、及び／またはデバイスは、集積部品としてまたは別個のコンポーネントとして具体化することができる。
本明細書では本開示の好ましい実施形態について図示して説明してきたが、当業者には明らかなように、このような実施形態は単に一例として与えている。多くの変動、変化、及び置換が、本開示から逸脱することなく当業者に想起される。当然のことながら、本開示を実施するときに、本明細書で説明する開示の実施形態に対する種々の代替案を用いることができる。

Claims (70)

  1. 試料を画像化するためのイメージングシステムであって、
    ａ）前記試料の蛍光画像を形成し前記試料の可視画像を形成するように構成された検出器と、
    ｂ）前記試料から蛍光を誘起する励起光を放出するように構成された光源と、
    ｃ）複数の光学部品であって、
    前記試料に向けて前記励起光を送り、
    前記試料からの蛍光及び可視光を前記検出器に向けて送るように配置された、前記複数の光学部品と、を含み、
    前記励起光及び前記蛍光は実質的に同軸に送られる、
    前記イメージングシステム。
  2. 励起光は赤外光を含む請求項１に記載のシステム。
  3. 赤外光は近赤外光を含む請求項２に記載のシステム。
  4. 前記複数の光学部品は、前記検出器に前記赤外光及び前記可視光を送るダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
  5. 前記検出器は複数の検出器を含み、前記可視画像はカラー画像を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
  6. 前記複数の検出器は、カラー画像を生成する第１の検出器と赤外線画像を生成する第２の検出器とを含む請求項５に記載のシステム。
  7. さらに、
    ａ）レーザ、
    ｂ）前記レーザまたは狭帯域光源に結合された光ガイド、
    ｃ）前記光ガイドの終わりにあるコリメーティングレンズ、
    ｄ）レーザクリーンアップフィルタ、
    ｅ）誘電体ミラー、
    ｆ）ディフューザ、
    ｇ）孔、または
    ｈ）それらの組み合わせ、
    を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
  8. 前記光源は、フルオロフォアに吸収される波長を放出する請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
  9. 前記光源は狭帯域光源である請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
  10. 前記狭帯域光源が生成する光の波長は７００ｎｍ〜８００ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、７００ｎｍ〜９００ｎｍ、３４０ｎｍ〜４００ｎｍ、３６０〜４２０ｎｍ、３８０ｎｍ〜４４０ｎｍ、または４００ｎｍ〜４５０ｎｍである請求項９に記載のシステム。
  11. 前記狭帯域光源が放出する光は、ＮＩＲカメラによって見える周波数を有し、前記システムはさらに、前記光ガイドに結合されたレンズを含む請求項９または１０に記載のシステム。
  12. 前記レーザが生成する光の波長は、６５０ｎｍ〜４０００ｎｍ、７００ｎｍ〜３０００ｎｍ、または３４０ｎｍ〜４５０ｎｍである請求項７〜１１のいずれか１項に記載のシステム。
  13. 前記レーザが生成する光の波長は、７５０ｎｍ〜９５０ｎｍ、７６０ｎｍ８２５ｎｍ、７７５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９５ｎｍ、７８０ｎｍ〜７９０ｎｍ、７８５ｎｍ〜７９２ｎｍ、または７９０ｎｍ〜７９５である請求項７〜１２のいずれか１項に記載のシステム。
  14. 前記コリメーティングレンズは前記励起光、前記蛍光、及び前記可視光をコリメートするように構成されている請求項７〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
  15. 前記光ガイドは、光ファイバケーブル、固体光ガイド、プラスチック光ガイド、液体光ガイド、導波路、またはそれらの任意の組み合わせである請求項７〜１４のいずれか１項に記載のシステム。
  16. 前記レーザクリーンアップフィルタは前記励起光の帯域幅を減らすように構成されている請求項７〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
  17. 前記光源は、
    ａ）広帯域光源、
    ｂ）前記広帯域光源に結合された光ガイド、または
    ｃ）両方、
    を含む請求項１〜８及び１２〜１６のいずれか１項に記載のシステム。
  18. 前記広帯域光源は、１つ以上のＬＥＤ、キセノンバルブ、ハロゲンバルブ、１つ以上のレーザ、太陽光、蛍光照明、またはそれらの組み合わせを含む請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記広帯域光源は、可視波長、フルオロフォアに吸収される波長、または両方を放出する請求項１７または１８に記載のシステム。
  20. 前記広帯域光源が放出する光は、ＮＩＲカメラによって見える周波数を有し、前記システムはさらに、前記光ガイドに結合されたレンズを含む請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
  21. 複数の光源を含み、前記システムはさらに、前記複数の光源を結合して単一の同軸経路にするために、
    ａ）ダイクロイックフィルタ、ダイクロイックミラー、シャッタ、またはそれらの任意の組み合わせを含む光減衰器、
    ｂ）各光源におけるフィルタ、
    ｃ）前記励起光の波長範囲に対するクリーンアップフィルタ、
    ｄ）前記励起光の波長範囲に対するショートパスフィルタ、
    ｅ）光ガイド、または
    ｆ）照明光学部品、
    のうちの１つ以上を含む請求項１〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
  22. さらに、
    ａ）レーザクリーンアップフィルタ、
    ｂ）ショートパス（ＳＰ）ミラー、
    ｃ）ロングパス（ＬＰ）ミラー、
    ｄ）誘電体ミラー、
    ｅ）ディフューザ、
    ｆ）孔、または
    ｇ）それらの組み合わせ、
    を含む請求項１〜２１のいずれか１項に記載のシステム。
  23. 前記誘電体ミラーは、前記励起光を反射して、励起光及び前記反射された励起光の交角が約６０度〜約１２０度となるように構成されている請求項７〜２２に記載のシステム。
  24. 前記誘電体ミラーは、前記励起光を反射して、励起光及び反射された励起光の交角が約９０度となるように構成されている請求項２３に記載のシステム。
  25. 前記ディフューザは前記励起光を拡散するように構成されている請求項７〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
  26. 前記孔は前記励起光の少なくとも一部を通すように構成されている請求項７〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
  27. 前記孔は近赤外ミラー内にある請求項７〜２６のいずれか１項に記載のシステム。
  28. 前記孔は形状及びサイズを有し、前記孔の前記形状及び前記孔の前記サイズの少なくとも一方は、顕微鏡の視野内で前記試料の均一分布照明ができるように構成されている請求項７〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
  29. 励起光は青色光または紫外光を含む請求項１〜２８のいずれか１項に記載のシステム。
  30. 前記青色光または紫外光は、波長が１０ｎｍ〜約４６０ｎｍ、約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約４００ｎｍ〜約４６０ｎｍの光を含む請求項２９に記載のシステム。
  31. 前記複数の光学部品はダイクロイックショートパスビームスプリッタを含み、前記ダイクロイックショートパスビームスプリッタは、波長が最大で７００ｎｍで１つ以上の特定の入射角において効率が９０％〜９５％である光を通すように構成されている請求項１〜３０のいずれか１項に記載のシステム。
  32. 前記１つ以上の特定の角度は３０〜１５０度の範囲内にある請求項３１に記載のシステム。
  33. 可視光は、顕微鏡、内視鏡、体外視鏡、外科ロボット、または前記イメージングシステムの外部の手術室照明から送られる請求項１〜３２のいずれか１項に記載のシステム。
  34. イメージングヘッドを前記顕微鏡上に確実にロックするように構成されたロッキングキーをさらに含む請求項３３に記載のシステム。
  35. 前記複数の光学部品はさらに、第二のダイクロイックショートパスビームスプリッタを含む請求項１〜３４に記載のシステム。
  36. 前記システムはさらにダイクロイックロングパスビームスプリッタを含む請求項１〜３５に記載のシステム。
  37. 前記励起光及び前記蛍光は前記ビームスプリッタにおいて実質的に重なる請求項４〜３６のいずれか１項に記載のシステム。
  38. 実質的に同軸は、２つの光路の交角が２０度、１５度、１０度、５度、２度、または１度未満であることを含む請求項１〜３７に記載のシステム。
  39. 前記検出器、前記光源、及び前記複数の光学部品のうちの１つ、２つ、またはそれ以上からの周辺光を遮るように構成された物理減衰器をさらに含む請求項１〜３８のいずれか１項に記載のシステム。
  40. 前記物理減衰器は、シールド、フード、スリーブ、光シュラウド、またはバッフルを含む請求項３９に記載のシステム。
  41. 特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはプロセッサをさらに含み、前記ＡＳＩＣ及び前記プロセッサのうちの少なくとも一方は、命令によって、前記試料の合成画像を生成するように構成され、前記合成画像は、前記可視画像がオーバーレイされた前記蛍光画像を含む請求項１〜４０のいずれか１項に記載のシステム。
  42. 試料を画像化するための方法であって、
    ａ）試料から蛍光を誘起する赤外光または近赤外光を、光源によって放出することと、
    ｂ）複数の光学部品によって、前記赤外光または近赤外光を前記試料に送ることと、
    ｃ）前記複数の光学部品によって、前記試料からの前記蛍光を検出器において受け取ることであって、影を減らすために、前記試料から受け取る蛍光と実質的に同軸に、前記赤外光または近赤外光を前記試料に送る、前記受け取ることと、
    ｄ）前記試料の蛍光画像及び前記試料の可視光画像を前記検出器上に形成することと、を含む前記方法。
  43. 請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステムを用いて行われる請求項４２に記載の方法。
  44. 前記試料は、臓器、臓器下部構造、組織、または細胞である請求項４２または４３に記載の方法。
  45. 臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化する方法であって、請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステムによって前記臓器、臓器下部構造、組織、または細胞を画像化することを含む前記方法。
  46. がんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を検出することをさらに含む請求項４２〜４５のいずれか１項に記載の方法。
  47. 被験者に外科手術を行うことをさらに含む請求項４２〜４６のいずれか１項に記載の方法。
  48. 前記外科手術は、前記被験者の前記がんもしくは前記疾患領域、組織、構造、または細胞を除去することを含む請求項４７に記載の方法。
  49. 外科的除去の後に前記被験者の前記がんもしくは疾患領域、組織、構造、または細胞を画像化することをさらに含む請求項４６〜４８のいずれか１項に記載の方法。
  50. 画像化または検出を、蛍光イメージングを用いて行う請求項４２〜４９のいずれか１項に記載の方法。
  51. 蛍光イメージングは検出可能な薬剤を検出し、前記検出可能な薬剤は、色素、フルオロフォア、蛍光ビオチン化合物、発光化合物、または化学発光化合物を含む請求項５０に記載の方法。
  52. 前記検出可能な薬剤は約２００ｍｍ〜約９００ｍｍの波長を吸収する請求項５１に記載の方法。
  53. 前記検出可能な薬剤は、ＤｙＬｉｇｈｔ−６８０、ＤｙＬｉｇｈｔ−７５０、ＶｉｖｏＴａｇ−７５０、ＤｙＬｉｇｈｔ−８００、ＩＲＤｙｅ−８００、ＶｉｖｏＴａｇ−６８０、Ｃｙ５．５、またはインドシアニングリーン（ＩＣＧ）、及び前述のものの任意の誘導体；フルオレセイン及びフルオレセイン色素（たとえば、フルオレセインイソチオシアネートまたはＦＩＴＣ、ナフトフルオレセイン、４’，５’−ジクロロ−２’，７’−ジメトキシフルオレセイン、６−カルボキシフルオレスセインまたはＦＡＭなど）、カルボシアニン、メロシアニン、スチリル色素、オキソノール色素、フィリコエリトリン、エリトロシン、エオシン、ローダミン色素（たとえば、カルボキシテトラメチルローダミンまたはＴＡＭＲＡ、カルボキシローダミン６Ｇ、カルボキシ−Ｘ−ローダミン（ＲＯＸ）、リサミンローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミングリーン、ローダミンレッド、テトラメチルローダミン（ＴＭＲ）など）、クマリン及びクマリン色素（たとえば、メトキシクマリン、ジアルキルアミノクマリン、ヒドロキシクマリン、アミノメチルクマリン（ＡＭＣＡ）など）、オレゴングリーン色素（たとえば、オレゴングリーン４８８、オレゴングリーン５００、オレゴングリーン５１４など）、テキサスレッド、テキサスレッド−Ｘ、スペクトラムレッド、スペクトラムグリーン、シアニン色素（たとえば、ＣＹ−３、Ｃｙ−５、ＣＹ−３．５、ＣＹ−５．５など）、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ色素（たとえば、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ３５０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ４８８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５３２、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５４６、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５６８、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ５９４、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ６３３、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ６６０、ＡＬＥＸＡ ＦＬＵＯＲ ６８０など）、ＢＯＤＩＰＹ色素（たとえば、ＢＯＤＩＰＹ ＦＬ、ＢＯＤＩＰＹ Ｒ６Ｇ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＭＲ、ＢＯＤＩＰＹ ＴＲ、ＢＯＤＩＰＹ ５３０／５５０、ＢＯＤＩＰＹ ５５８／５６８、ＢＯＤＩＰＹ ５６４／５７０、ＢＯＤＩＰＹ ５７６／５８９、ＢＯＤＩＰＹ ５８１／５９１、ＢＯＤＩＰＹ ６３０／６５０、ＢＯＤＩＰＹ ６５０／６６５など）、ＩＲＤｙｅ（たとえば、ＩＲＤ ４０、ＩＲＤ ７００、ＩＲＤ ８００など）、７−アミノクマリン、ジアルキルアミノクマリン反応染料、６，８−ジフルオロ−７−ヒドロキシクマリンフルオロフォア、ヒドロキシクマリン誘導体、アルコキシクマリン誘導体、スクシンイミジルエステル、ピレンスクシンイミジルエステル、ピリジルオキサゾール誘導体、アミノナフタレン系色素、ダンシルクロリド、ダポキシル色素、ダポキシルスルホニルクロリド、アミン−反応性ダポキシルスクシンイミジルエステル、カルボン酸−反応性ダポキシル（２−アミノエチル）スルホンアミド）、ビマン色素、ビマンメルカプト酢酸、ＮＢＤ色素、ＱｓＹ ３５、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項５１または５２に記載の方法。
  54. 前記がんを処置することをさらに含む請求項４５〜５３のいずれか１項に記載の方法。
  55. コンパニオン診断薬、治療薬、またはコンパニオンイメージング剤のうちの少なくとも１つを投与することと、少なくとも１つのこのような薬剤を請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステムによって検出することと、を含む処置または診断検出する方法。
  56. コンパニオン診断薬、治療薬、またはコンパニオンイメージング剤のうちの少なくとも１つを投与することと、少なくとも１つのこのような薬剤を請求項４２〜５４のいずれか１項に記載の方法によって検出することと、を含む処置または診断検出する方法。
  57. 前記薬剤の少なくとも１つは、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、治療薬、タンパク質、ペプチド、小分子、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項５５または５６のいずれか１項に記載の方法。
  58. 前記システムまたは方法はさらに、Ｘ線撮影、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、フローサイトメトリー、医療写真、核医学機能イメージング技術、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、外科ロボット、手術用器具、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上を用いた放射線学または蛍光を含む請求項５５〜５７のいずれか１項に記載の方法。
  59. 前記システムまたは方法はさらに、１つ以上の顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、外科ロボット、手術用器具、またはそれらの任意の組み合わせを用いて蛍光を測定することを含む請求項５５〜５８のいずれか１項に記載の方法。
  60. 前記顕微鏡、前記共焦点顕微鏡、前記蛍光スコープ、体外視鏡、手術用器具、内視鏡、または外科ロボットのうちの少なくとも１つは、ＫＩＮＥＶＯ ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ３−１０００、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボット、またはそれらの任意の組み合わせを含む請求項５８に記載の方法。
  61. 治療薬を検出、画像化、または評価すること；前記コンパニオン診断薬の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；前記治療薬の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；前記コンパニオンイメージング剤の安全性または生理的効果を検出、画像化、または評価すること；またはそれらの任意の組み合わせを行うように構成された請求項４２〜６０のいずれか１項に記載の方法。
  62. 前記薬剤の安全性または生理的効果は、生物学的利用能、取り込み、濃度、存在、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比、血液または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化、またはそれらの任意の組み合わせである請求項５５〜６１のいずれか１項に記載の方法。
  63. それを必要とする被験者において処置または検出する方法であって、コンパニオン診断薬、治療薬またはイメージング剤を投与することを含み、このような薬剤は、請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステムまたは請求項４２〜６２のいずれか１項に記載の方法によって検出される前記方法。
  64. 前記薬剤は、化学薬品、放射線標識薬剤、放射線増感剤、フルオロフォア、治療薬、イメージング剤、診断薬、タンパク質、ペプチド、または小分子を含む請求項６３に記載の方法。
  65. 前記システムまたは方法はさらに、Ｘ線撮影、磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、超音波、内視鏡検査、エラストグラフィ、触覚イメージング、サーモグラフィー、フローサイトメトリー、医療写真、核医学機能イメージング技術、ポジトロン断層法（ＰＥＴ）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）、手術用器具、手術用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、または外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む放射線学または蛍光が組み込まれる請求項６２〜６４のいずれか１項に記載の方法。
  66. 前記システム及び方法を用いて、治療薬を検出すること、または前記薬剤の安全性または生理的効果を評価すること、または両方を行う請求項６２〜６５のいずれか１項に記載の方法。
  67. 前記薬剤の安全性または生理的効果は、生物学的利用能、取り込み、濃度、存在、分布及びクリアランス、代謝、薬物動態学、局在性、血中濃度、組織中濃度、比、血液または組織中の濃度の測定、治療濃度域、範囲及び最適化、またはそれらの任意の組み合わせである請求項６６に記載の方法。
  68. 前記方法は、ＫＩＮＥＶＯ ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットと組み合わされるかまたはそれらに組み込まれる請求項４２〜６７のいずれか１項に記載の方法。
  69. 外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、もしく外科ロボット、またはそれらの組み合わせと組み合わされるかまたはそれらに組み込まれる請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステム。
  70. 前記外科用顕微鏡、共焦点顕微鏡、蛍光スコープ、体外視鏡、内視鏡、または外科ロボットは、ＫＩＮＥＶＯ ９００、ＱＥＶＯ、ＣＯＮＶＩＶＯ、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ９００、ＯＭＰＩ ＰＥＮＴＥＲＯ ８００、ＩＮＦＲＡＲＥＤ ８００、ＦＬＯＷ ８００、ＯＭＰＩ ＬＵＭＥＲＩＡ、ＯＭＰＩ Ｖａｒｉｏ、ＯＭＰＩ ＶＡＲＩＯ ７００、ＯＭＰＩ Ｐｉｃｏ、ＴＲＥＭＯＮ ３ＤＨＤ、ＰＲＯＶｉｄｏ、ＡＲｖｉｄｏ、ＧＬＯＷ ８００、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨＸ、Ｌｅｉｃａ Ｍ５３０ ＯＨ６、Ｌｅｉｃａ Ｍ７２０ ＯＨＸ５、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５Ｆ５０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ４０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ Ｆ２０、Ｌｅｉｃａ Ｍ５２５ ＯＨ４、Ｌｅｉｃａ ＨＤ Ｃ１００、Ｌｅｉｃａ ＦＬ５６０、Ｌｅｉｃａ ＦＬ４００ Ｌｅｉｃａ ＦＬ８００、Ｌｅｉｃａ ＤＩ Ｃ５００、Ｌｅｉｃａ ＵＬＴ５００、Ｌｅｉｃａ回転可能ビームスプリッタ、Ｌｅｉｃａ Ｍ６５１ ＭＳＤ、ＬＩＧＨＴＥＮＩＮＧ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８、ＳＰ８ ＦＡＬＣＯＮ、ＳＰ８ ＤＩＶＥ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＳＴＥＤ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＤＬＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ Ｘ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰ８ ＣＡＲＳ、Ｌｅｉｃａ ＴＣＳ ＳＰＥ）、Ｌｅｉｃａ ＨｙＤ、Ｌｅｉｃａ ＨＣＳ Ａ、Ｌｅｉｃａ ＤＣＭ８、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ５−１０００、Ｈａａｇ−Ｓｔｒｅｉｔ ３−１０００、及びＩｎｔｕｉｔｉｖｅ Ｓｕｒｇｉｃａｌ ｄａ Ｖｉｎｃｉ外科ロボット、またはそれらの組み合わせを含む請求項６９に記載のシステム。
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